(57)【要約】  従来の熱交換体、熱交換器等と比べて小型化、軽量化、低コスト化を実現する熱交換器を提供する。熱交換器３０は、セラミックスの隔壁４により仕切られて一方の端面２から他方の端面２まで軸方向に貫通し、第一の流体である加熱体が流通する複数のセル３を有するハニカム構造体１によって形成された第一流体流通部５と、ハニカム構造体１を内部に含むケーシング２１によって形成され、ケーシング２１に第二の流体の入口及び出口が形成されており、第二の流体がハニカム構造体１の外周面上を流通することにより、第一の流体から熱を受け取るための第二流体流通部６と、を備える。
2011071161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスの隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通し、第一の流体である加熱体が流通する複数のセルを有するハニカム構造体によって形成された第一流体流通部と、
前記ハニカム構造体を内側に含むケーシングによって形成され、前記ケーシングに第二の流体の入口及び出口が形成されており、前記第二の流体が前記ハニカム構造体の外周面上を前記外周面に直接接してまたは直接接しないで流通することにより、前記第一の流体から熱を受け取るための第二流体流通部と、
を備える熱交換器。
【請求項２】
前記第一の流体が気体であり、前記第二の流体が液体であり、前記第二の流体よりも前記第一の流体の方が高温である請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記ハニカム構造体の外周面に、前記第二流体流通部を流通する前記第二の流体と熱を授受するフィンを有する請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記ハニカム構造体の前記外周面の少なくとも一部に金属板またはセラミックス板が嵌合して備えられている請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記ハニカム構造体の前記外周面の全体に金属板またはセラミックス板が嵌合して備えられ、ハニカム構造体の前記外周面と前記第二の流体とが直接接しない構造とされている請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記金属板または前記セラミックス板の外周面に、前記第二流体流通部を流通する前記第二の流体と熱を授受するフィンを有する請求項４または５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記ハニカム構造体の前記外周面に嵌合された前記金属板または前記セラミックス板と、その外側に前記第二流体流通部を形成する外側ケーシング部とを一体として備える請求項４〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
金属またはセラミックスで形成され、内部が前記第二流体流通部とされるチューブが、前記ハニカム構造体の前記外周面に巻き付けた形状で備えられている請求項１に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記ハニカム構造体は、前記軸方向の前記端面から軸方向外側に延出して筒状に形成された延出外周壁を有している請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記ハニカム構造体の前記外周面の外側に前記外周面の一部を覆う形態で前記ケーシングが筒状に形成され、前記第二の流体は前記ケーシング内を流通することにより前記外周面に直接接触して前記第一の流体から熱を受け取るように構成され、前記隔壁によって前記セルが形成されたハニカム部は、前記第二流体流通部に対して、前記軸方向の下流側に寄せて配置されている請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記ハニカム構造体の前記外周面の外側に前記外周面の一部を覆う形態で前記ケーシングが筒状に形成され、前記第二の流体は前記ケーシング内を流通することにより前記外周面に直接接触して前記第一の流体から熱を受け取るように構成され、前記第二流体流通部が、前記隔壁によって前記セルが形成されたハニカム部に対して前記軸方向の下流側に寄せて配置されている請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記第一流体流通部は、前記隔壁によって前記セルが形成されたハニカム部が前記軸方向に複数並んで構成され、前記軸方向に垂直な断面における、それぞれのハニカム部の前記隔壁の方向が異なるように前記ハニカム部が配置されている請求項１〜１１のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記第一流体流通部は、前記隔壁によって前記セルが形成されたハニカム部が前記軸方向に複数並んで構成され、それぞれの前記ハニカム部のセル密度が異なって形成されており、前記第一の流体の入口側よりも出口側のハニカム部のセル密度が大となるように前記ハニカム部が配置されている請求項１〜１１のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記ケーシング内に、複数の前記ハニカム構造体が、前記第二の流体が流通するための間隙を互いに有した状態で、その外周面を対向させて配置されている請求項１〜１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一の流体（高温側）の熱を第二の流体（低温側）へ熱伝達する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンなどの燃焼排ガスなどの高温気体からの熱回収技術が求められている。気体/液体熱交換器としては、自動車のラジエター、空調室外機などのフィン付チューブ型熱交換器が一般的である。しかしながら、例えば自動車排ガスのような気体から熱を回収するには、一般的な金属製熱交換器は耐熱性に乏しく高温での使用が困難である。そこで、耐熱性、耐熱衝撃、耐腐食などを有する耐熱金属やセラミックス材料などが適している。耐熱金属で作製された熱交換器が知られているが、耐熱金属は価格が高い上に加工が難しい、密度が高く重い、熱伝導が低いなどの課題がある。【０００３】
特許文献１には、一端面から他端面にわたり加熱体流路を配設するとともに、加熱体流路間に直交する方向に被加熱体流路を形成したセラミックス製熱交換体が開示されている。【０００４】
特許文献２には、内部に加熱流体流路と非加熱流体流路とが形成されたセラミックス製の熱交換体の複数個を、互いの接合面間に未焼成セラミックス質からなる紐状シール材を介在させてケーシング内に配設したセラミックス製熱交換器が開示されている。【０００５】
しかし、特許文献１，２は、目封じやスリット加工などの工数が多く生産性が良くないためコストが高くなる。また気体／液体の流路が１列おきに配置されているので、配管構造、流体のシール構造が複雑となる。さらに、液体の熱伝達係数は一般的に気体に比べて１０〜１００倍以上大きく、これら技術では気体側の伝熱面積が不足し、熱交換器性能を律速する気体の伝熱面積に比例して熱交換器が大きくなってしまう。【０００６】
特許文献３，４では、ハニカム構造部とチューブ部分を別々に作製し、接合させる必要があり生産性が良くないためコストが高くなる傾向があった。【０００７】
特許文献５には、高温流体を通すセラミックハニカムの外周部に、低温流体を通すセラミックハニカムをセラミック円筒体を解して一体的に接合したハニカム熱交換器が開示されている。セラミックスハニカムとセラミックスハニカムを接合し、各流体の熱交換面積を広くすることで高い熱交換量を狙っている。しかし、熱は中央ハニカム成形体の外周壁と外周部セラミックハニカムの外周壁とを伝達して交換される上に、それらの間に破損時の流体混合防止のセラミック円筒体も入っている。このため、熱交換のルートが長くて固体部分の熱抵抗が大きくなり、熱交換のロスが大きいと考えられる。【０００８】
特許文献６には、セラミックスハニカムとセラミックスハニカムを接合し液体を気化させる装置が開示されている。液体は高温部ハニカムの最短距離を通過するため十分な熱交換ができない。【０００９】
特許文献７には、セラミックスハニカム上の触媒で空気と燃料による均一な燃焼発熱反応を低圧損で行う反応容器が開示されている。外部の被加熱流体は流れているわけではなく熱交換のロスが大きい。【００１０】
特許文献８には、セラミックスハニカムの熱が外に伝わり、ガス温を冷やすとともに水蒸気を発生させる熱交換器が開示されている。外周部で液体から水蒸気への相変化があり、体積変化を支えるための強固な構造が必要となる。【００１１】
特許文献９には、セラミックスハニカムを用いた排熱回収装置が開示されている。しかしながら、この排熱回収装置は、熱音響現象を利用するものである。【００１２】
特許文献１０には、エンジン排気ガス熱交換器が開示されている。この熱交換器では、排ガス浄化を行う触媒をハニカム構造体とし、熱交換はハニカム構造体より後段のガス噴出部とその外周を流れる液体で行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭６１−２４９９７号公報
【特許文献２】特公昭６３−６０３１９号公報
【特許文献３】特開昭６１−８３８９７号公報
【特許文献４】特開平２−１５０６９１号公報
【特許文献５】特開昭６２−９１８３号公報
【特許文献６】特開平６−２８８６９２号公報
【特許文献７】特開平１０−３３２２２３号公報
【特許文献８】特開２００１−１８２５４３号公報
【特許文献９】特開２００６−２７３８号公報
【特許文献１０】特開２００９−１５６１６２号公報
【００１４】
従来の熱交換体、熱交換器は、装置が大きかったり、製造コストが高かったりした。あるいは、熱交換効率が十分よいとは言えなかった。本発明の課題は、従来の熱交換体、熱交換器等と比べて小型化、軽量化、低コスト化を実現する熱交換器を提供することにある。
【発明の概要】
【００１５】
本発明者らは、ケーシング内にハニカム構造体を収容し、第一の流体をハニカム構造体のセル内に流通させ、第二の流体をケーシング内でハニカム構造体の外周面上を流通させる構成とした熱交換器により上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の熱交換器が提供される。
【００１６】
［１］  セラミックスの隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通し、第一の流体である加熱体が流通する複数のセルを有するハニカム構造体によって形成された第一流体流通部と、前記ハニカム構造体を内側に含むケーシングによって形成され、前記ケーシングに第二の流体の入口及び出口が形成されており、前記第二の流体が前記ハニカム構造体の外周面上を前記外周面に直接接してまたは直接接しないで流通することにより、前記第一の流体から熱を受け取るための第二流体流通部と、を備える熱交換器。
【００１７】
［２］  前記第一の流体が気体であり、前記第二の流体が液体であり、前記第二の流体よりも前記第一の流体の方が高温である前記［１］に記載の熱交換器。
【００１８】
［３］  前記ハニカム構造体の外周面に、前記第二流体流通部を流通する前記第二の流体と熱を授受するフィンを有する前記［１］または［２］に記載の熱交換器。
【００１９】
［４］  前記ハニカム構造体の前記外周面の少なくとも一部に金属板またはセラミックス板が嵌合して備えられている前記［１］または［２］に記載の熱交換器。
【００２０】
［５］  前記ハニカム構造体の前記外周面の全体に金属板またはセラミックス板が嵌合して備えられ、ハニカム構造体の前記外周面と前記第二の流体とが直接接しない構造とされている前記［１］または［２］に記載の熱交換器。
【００２１】
［６］  前記金属板または前記セラミックス板の外周面に、前記第二流体流通部を流通する前記第二の流体と熱を授受するフィンを有する前記［４］または［５］に記載の熱交換器。
【００２２】
［７］  前記ハニカム構造体の前記外周面に嵌合された前記金属板または前記セラミックス板と、その外側に前記第二流体流通部を形成する外側ケーシング部とを一体として備える前記［４］〜［６］のいずれかに記載の熱交換器。
【００２３】
［８］  金属またはセラミックスで形成され、内部が前記第二流体流通部とされるチューブが、前記ハニカム構造体の前記外周面に巻き付けた形状で備えられている前記［１］に記載の熱交換器。
【００２４】
［９］  前記ハニカム構造体は、前記軸方向の前記端面から軸方向外側に延出して筒状に形成された延出外周壁を有している前記［１］〜［６］のいずれかに記載の熱交換器。
【００２５】
［１０］  前記ハニカム構造体の前記外周面の外側に前記外周面の一部を覆う形態で前記ケーシングが筒状に形成され、前記第二の流体は前記ケーシング内を流通することにより前記外周面に直接接触して前記第一の流体から熱を受け取るように構成され、前記隔壁によって前記セルが形成されたハニカム部は、前記第二流体流通部に対して、前記軸方向の下流側に寄せて配置されている前記［９］に記載の熱交換器。
【００２６】
［１１］  前記ハニカム構造体の前記外周面の外側に前記外周面の一部を覆う形態で前記ケーシングが筒状に形成され、前記第二の流体は前記ケーシング内を流通することにより前記外周面に直接接触して前記第一の流体から熱を受け取るように構成され、前記第二流体流通部が、前記隔壁によって前記セルが形成されたハニカム部に対して前記軸方向の下流側に寄せて配置されている前記［９］に記載の熱交換器。
【００２７】
［１２］  前記第一流体流通部は、前記隔壁によって前記セルが形成されたハニカム部が前記軸方向に複数並んで構成され、前記軸方向に垂直な断面における、それぞれのハニカム部の前記隔壁の方向が異なるように前記ハニカム部が配置されている前記［１］〜［１１］のいずれかに記載の熱交換器。
【００２８】
［１３］  前記第一流体流通部は、前記隔壁によって前記セルが形成されたハニカム部が前記軸方向に複数並んで構成され、それぞれの前記ハニカム部のセル密度が異なって形成されており、前記第一の流体の入口側よりも出口側のハニカム部のセル密度が大となるように前記ハニカム部が配置されている前記［１］〜［１１］のいずれかに記載の熱交換器。
【００２９】
［１４］  前記ケーシング内に、複数の前記ハニカム構造体が、前記第二の流体が流通するための間隙を互いに有した状態で、その外周面を対向させて配置されている前記［１］〜［１３］のいずれかに記載の熱交換器。
【００３０】
本発明の熱交換器は、構造が複雑ではなく、従来の熱交換体（熱交換器、又はそのデバイス）と比べて、小型化、軽量化、低コスト化を実現することができる。また、同等以上の熱交換率を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】第一の流体の入口側から見た本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。
【図１Ｂ】第一の流体と第二の流体とが対向流で熱交換する本発明の熱交換器の一実施形態を示す斜視図である。
【図２Ａ】複数のハニカム構造体が積層された配置を模式的に示した、第一の流体と第二の流体とが直交流で熱交換する本発明の熱交換器の他の実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】複数のハニカム構造体の正三角形千鳥配置の実施形態を示す斜視図である。
【図２Ｃ】複数のハニカム構造体の正三角形千鳥配置の実施形態を示す、第一の流体の入口側から見た図である。
【図２Ｄ】異なる大きさのハニカム構造体が含まれる実施形態を示す図である。
【図３】円柱形状のハニカム構造体が収容された熱交換器の実施形態を示す図である。
【図４Ａ】第一の流体の入口側から見た六角柱形状のハニカム構造体が収容された熱交換器の実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】六角柱形状のハニカム構造体が収容された熱交換器の実施形態を示す斜視図である。
【図５Ａ】外周面上にフィンを有するハニカム構造体の実施形態を示す斜視図である。
【図５Ｂ】外周面上にフィンを有するハニカム構造体の他の実施形態を示す斜視図である。
【図６】ハニカム構造体を内部に載置した本発明の熱交換器の一実施形態を示す図である。
【図７】弾性部材を備えるケーシングの実施形態を示す模式図である。
【図８】蛇腹を有するケーシングの実施形態を示す模式図である。
【図９】ケーシングとハニカム構造体とのシールについて説明するための模式図である。
【図１０】熱交換率の測定に用いた実施例の熱交換器の間隔を示す模式図である。
【図１１】比較例２〜４の熱交換器内の熱交換体を示す模式図である。
【図１２】実施例と比較例の製造工程を模式的に示した図である。
【図１３Ａ】延出外周壁を有するハニカム構造体を示す斜視図である。
【図１３Ｂ】延出外周壁を有するハニカム構造体を示す、軸方向に平行な断面で切断した断面図である。
【図１３Ｃ】両端に取付け延出外周壁を備えるハニカム構造体を示す、軸方向に平行な断面で切断した断面図である。
【図１３Ｄ】ハニカム部の全周を覆う取付け延出外周壁を備えるハニカム構造体を示す、軸方向に平行な断面で切断した断面図である。
【図１４Ａ】ケーシング内に延出外周壁を有するハニカム構造体が収容された熱交換器を示す斜視図である。
【図１４Ｂ】ケーシング内に延出外周壁を有するハニカム構造体が収容された熱交換器を示す、軸方向に平行な断面で切断した断面図である。
【図１４Ｃ】ケーシング内に延出外周壁を有するハニカム構造体が収容された熱交換器を示す、軸方向に垂直な断面で切断した断面図である。
【図１５Ａ】ケーシング内に延出外周壁を有するハニカム構造体が収容された熱交換器の他の実施形態を示す斜視図である。
【図１５Ｂ】ケーシング内に延出外周壁を有するハニカム構造体が収容された熱交換器の他の実施形態を示す、軸方向に平行な断面で切断した断面図である。
【図１５Ｃ】ケーシング内に延出外周壁を有するハニカム構造体が収容された熱交換器の他の実施形態を示す、軸方向に垂直な断面で切断した断面図である。
【図１６】ケーシング内にパンチングメタルを備えるハニカム構造体が収容された熱交換器の実施形態を示す、軸方向に平行な断面で切断した断面図である。
【図１７Ａ】ケーシングが、ハニカム構造体の外周面上を螺旋状に巻き付けられた状態を説明するための模式図である。
【図１７Ｂ】ケーシングが、ハニカム構造体１の外周面上を螺旋状に巻き付けられた状態を説明するための軸方向に平行な方向の模式図である。
【図１８】ケーシングが、筒状部と外側ケーシング部とを一体として備える熱交換器の実施形態を示す、軸方向に平行な断面で切断した断面図である。
【図１９】ハニカム構造体の隔壁の方向が異なるように複数のハニカム構造体が配置されている実施形態を示す軸方向に平行な断面で切断した断面図である。
【図２０】セル密度の異なる複数のハニカム構造体が配置されている実施形態を示す軸方向に平行な断面で切断した断面図である。
【図２１Ａ】ハニカム構造体のハニカム部が、第二流体流通部に対して、軸方向の下流側に寄せて配置されている実施形態を示す、軸方向に平行な断面で切断した断面図である。
【図２１Ｂ】第二流体流通部が、ハニカム部に対して軸方向の下流側に寄せて配置されている実施形態を示す、軸方向に垂直な断面で切断した断面図である。
【図２１Ｃ】延出外周壁を有さないハニカム構造体にケーシングが嵌合する実施形態を示す、軸方向に垂直な断面で切断した断面図である。
【図２２】隔壁の厚さが一部異なる熱交換体の実施形態を示す図である。
【図２３Ａ】ハニカム構造体の隔壁の軸方向の端面をテーパー面とした実施形態を示す、第一の流体の入口側から見た図である。
【図２３Ｂ】ハニカム構造体の隔壁の軸方向の端面をテーパー面とした実施形態を示す、軸方向に平行な面で切断した断面図である。
【図２４Ａ】異なる大きさのセルが形成されたハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図２４Ｂ】異なる大きさのセルが形成された円柱状のハニカム構造体の実施形態を示す分解斜視図である。
【図２４Ｃ】セルの大きさを変化させたハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図２４Ｄ】隔壁の厚さを変化させたハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図２５Ａ】第一の流体の入口側から出口側へ向かって隔壁の厚さが厚く形成されているハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図２５Ｂ】第一の流体の入口側から出口側へ向かって第一流体流通部が漸次狭くなるハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図２６Ａ】ハニカム構造体のセルを六角形状とした実施形態を示す図である。
【図２６Ｂ】ハニカム構造体のセルを八角形状とした実施形態を示す図である。
【図２７】セルの角部にＲ部を形成したハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図２８Ａ】セル内に突出したフィンを有するハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図２８Ｂ】セル内に突出したフィンを有するハニカム構造体の他の実施形態を示す図である。
【図２９Ａ】一部のセル構造を密にしたハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図２９Ｂ】異なる大きさのセルが形成された円柱状のハニカム構造体の実施形態を示す分解斜視図である。
【図２９Ｃ】セル密度が漸次変化するハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図２９Ｄ】壁厚の変更によって、セル構造を変えたハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図３０】前段のハニカム構造体と、後段のハニカム構造体の隔壁の位置をオフセットさせている熱交換器の実施形態を示す図である。
【図３１】前段のハニカム構造体のセル密度よりも後段のハニカム構造体のセル密度が密である熱交換器の実施形態を示す図である。
【図３２】前段のハニカム構造体のセル密度は、内側が密、外周側が粗、後段のハニカム構造体のセル密度は、内側が粗、外周側が密とされた構成の熱交換器の実施形態を示す図である。
【図３３Ａ】複数のハニカム構造体が配置されており、それぞれのハニカム構造体は、半円の２つのセル密度が異なる領域が形成され、前段と後段のハニカム構造体のセル密度分布が異なるように配置された熱交換器の実施形態を示す図である。
【図３３Ｂ】複数のハニカム構造体が配置されており、それぞれのハニカム構造体は、角柱の２つのセル密度が異なる領域が形成され、前段と後段のハニカム構造体のセル密度分布が異なるように配置された熱交換器の実施形態を示す図である。
【図３４Ａ】前段のハニカム構造体は、外周側が目封止され、後段のハニカム構造体は、内側が目封止された構成の熱交換器の実施形態を示す図である。
【図３４Ｂ】一方が目封止され他方が目封止されていない角柱が組み合わされたハニカム構造体を前段と後段に配置した熱交換器の実施形態を示す図である。
【図３５Ａ】第一流体流通部の入口と出口を互い違いに目封じしたハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図３５Ｂ】図３５ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。
【図３５Ｃ】隔壁交点部位に相当する部分の隔壁が存在しない交点なし部が形成されたハニカム構造体の実施形態の一例を示す端面側から見た平面概要図である。
【図３６】第一流体流通部内に多孔質壁が形成された実施形態を示す図であり、第一流体流通部の断面図である。
【図３７】軸方向に垂直な断面において、中心から外周に向かって、第一流体流通部を形成する隔壁の厚さを漸次厚くしたハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図３８】外形が楕円形で、一方の隔壁が厚く形成されたハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図３９Ａ】部分的に隔壁の厚さを変化させたハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図３９Ｂ】部分的に隔壁の厚さを変化させたハニカム構造体の他の実施形態を示す図である。
【図４０Ａ】中央部軸方向に沿って熱伝導体を備える実施形態の第一の流体の入口側から見た図である。
【図４０Ｂ】中央部軸方向に沿って熱伝導体を備える実施形態の軸方向に沿った断面の断面図である。
【図４１】ハニカム構造体の外周壁を、セルを形成する隔壁よりも厚くした実施形態を示す図である。
【図４２】ハニカム構造体の外形を扁平型にした実施形態を示す図である。
【図４３Ａ】第一の流体の入口側の端面を傾斜させた実施形態を示す斜視図である。
【図４３Ｂ】第一の流体の入口側の端面を傾斜させた他の実施形態を示す斜視図である。
【図４３Ｃ】第一の流体の入口側の端面を傾斜させた、さらに他の実施形態を示す斜視図である。
【図４４】ハニカム構造体の第一の流体の入口側の端面を凹面形状に形成した実施形態を示す図である。
【図４５Ａ】第二の流体が旋回するようにノズルを設置した実施形態を示す図である。
【図４５Ｂ】第二流体流通部の流路の形状を軸方向に沿った断面において、鋸歯形状とした実施形態を示す図である。
【図４５Ｃ】第二流体流通部の流路形状を第一流体流通部の下流側へ向かって小さくなるように変化させた実施形態を示す図である。
【図４５Ｄ】第二流体流通部の流路形状を第一流体流通部の下流側へ向かって大きくなるように変化させた実施形態を示す図である。
【図４５Ｅ】高温部に第二の流体の入口が複数設けられた実施形態を示す図である。
【図４６】ハニカム構造体の第一の流体の入口側に第一流体流通部を形成するセルと同形状と断熱板を配置した熱交換器の実施形態を示す図である。
【図４７】ハニカム構造体の中央部のセルにフィンを設けた実施形態を示す図である。
【図４８Ａ】セルに設けたフィンの実施形態１を示す図である。
【図４８Ｂ】セルに設けたフィンの実施形態２を示す図である。
【図４８Ｃ】セルに設けたフィンの実施形態３を示す図である。
【図４８Ｄ】セルに設けたフィンの実施形態４を示す図である。
【図４８Ｅ】セルに設けたフィンの実施形態５を示す図である。
【図４８Ｆ】セルに設けたフィンの実施形態６を示す図である。
【図４８Ｇ】セルに設けたフィンの実施形態７を示す図である。
【図４９】ハニカム構造体を一方向に曲げた実施形態を示す斜視図である。
【図５０】外周壁近傍のセルの隔壁を厚くしたハニカム構造体の実施形態を示す部分拡大図である。
【図５１Ａ】ハニカム構造体の中心側に向かって順次薄くなる隔壁の実施形態１を示す図である。
【図５１Ｂ】ハニカム構造体の中心側に向かって順次薄くなる隔壁の実施形態２を示す図である。
【図５１Ｃ】ハニカム構造体の中心側に向かって順次薄くなる隔壁の実施形態３を示す図である。
【図５２Ａ】最外周セルの内側のセルについて隔壁を厚くしたハニカム構造体の実施形態を示す図である。
【図５２Ｂ】最外周セルの内側のセルについて隔壁を厚くしたハニカム構造体の他の実施形態を示す図である。
【図５２Ｃ】ハニカム構造体に接点肉盛りを施した一実施例を示す部分断面説明図である。
【図５２Ｄ】ハニカム構造体に接点肉盛りを施した他の実施例を示す部分断面説明図である。
【図５３Ａ】波壁のハニカム構造体の一実施形態を示す断面図である。
【図５３Ｂ】図５３Ａに示す波壁のハニカム構造体のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。
【図５４】波壁ハニカム構造体の他の実施形態を示す断面図である。
【図５５Ａ】隔壁が湾曲した形状のハニカム構造体の実施形態を模式的に示す図であり、軸方向に平行な断面を示す模式的な平行断面図である。
【図５５Ｂ】隔壁が湾曲した形状のハニカム構造体の実施形態を模式的に示す図であり、軸方向に垂直な断面を示す模式的な断面図である。
【図５６】隔壁が湾曲した形状のハニカム構造体の他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図５７】軸方向の高さの異なる隔壁を含むハニカム構造体の一形態を示す模式的な軸−Ｙ断面の一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００３３】
図１Ａは、本発明の熱交換器３０の模式図であり、図１Ｂは、模式的な斜視図である。熱交換器３０は、セラミックスの隔壁４により仕切られて一方の端面２から他方の端面２まで軸方向に貫通し、第一の流体である加熱体が流通する複数のセル３を有するハニカム構造体１によって形成された第一流体流通部５と、ハニカム構造体１を内部に含むケーシング２１によって形成され、ケーシング２１に第二の流体の入口２２及び出口２３が形成されており、第二の流体がハニカム構造体１の外周面７上を流通することにより、第一の流体から熱を受け取るための第二流体流通部６と、を備える。なお、第二の流体がハニカム構造体１の外周面７上を流通するとは、第二の流体がハニカム構造体１の外周面７に直接接触する場合も、直接接触しない場合も含む。
【００３４】
ケーシング２１内に収容されたハニカム構造体１は、セラミックスの隔壁４により仕切られて一方の端面２から他方の端面２まで軸方向に貫通し、第一の流体である加熱体が流通する複数のセル３を有する。熱交換器３０は、ハニカム構造体１のセル３内を、第二の流体よりも高温の第一の流体が流通するように構成されている。
【００３５】
また、ケーシング２１の内周面２４とハニカム構造体１の外周面７とによって第二流体流通部６が形成されている。第二流体流通部６は、ケーシング２１とハニカム構造体１の外周面７とによって形成された第二の流体の流通部であり、第一流体流通部５とハニカム構造体１の隔壁４によって隔たれて熱伝導可能とされており、第一流体流通部５を流通する第一の流体の熱を隔壁４を介して受け取り、流通する第二の流体である被加熱体へ熱を伝達する。第一の流体と第二の流体とは、完全に分離されており、これらの流体が混じり合うことはない。
【００３６】
第一流体流通部５は、ハニカム構造として形成されており、ハニカム構造の場合、流体がセル３の中を通り抜ける時には、流体は隔壁４により別のセル３に流れ込むことができず、ハニカム構造体１の入口から出口へと直線的に流体が進む。また、本発明の熱交換器３０内のハニカム構造体１は、目封止されておらず、流体の伝熱面積が増し熱交換器のサイズを小さくすることができる。これにより、熱交換器単位体積あたりの伝熱量を大きくすることができる。さらに、ハニカム構造体１に目封止部の形成やスリットの形成等の加工を施すことが不要なため、熱交換器３０の製造コストを低減することができる。
【００３７】
本発明の熱交換器３０は、第一の流体は、第二の流体よりも高温であるものを流通させ、第一の流体から第二の流体へ熱伝導するようにすることが好ましい。第一の流体として気体を流通させ、第二の流体として液体を流通させると、第一の流体と第二の流体の熱交換を効率よく行うことができる。つまり、本発明の熱交換器３０は、気体／液体熱交換器として適用することができる。
【００３８】
本発明の熱交換器３０は、第二の流体よりも高温の第一の流体をハニカム構造体１のセル内に流通させることにより、第一の流体の熱をハニカム構造体１に効率よく熱伝導させることができる。すなわち、全伝熱抵抗は、第一の流体の熱抵抗＋隔壁の熱抵抗＋第二の流体の熱抵抗であるが、律速因子は、第一の流体の熱抵抗である。熱交換器３０は、セル３を第一の流体が通過するため、第一の流体とハニカム構造体１との接触面積が大きく、律速因子である第一の流体の熱抵抗を下げることができる。従って、図１Ｂに示すように、ハニカム構造体１の軸方向の長さを、軸方向の端面２の一辺の長さよりも短くしても従来よりも十分に熱交換することが可能となる。また、本発明の熱交換器３０では、ハニカム構造体１の最外周の一番表面積の広いところ第二の流体が流通するため、同じ流量・流速のとき滞留時間が長くでき熱交換のロスが少ない。さらに、本発明では、第二流体流通部６を流通する第二の流体が液体の場合、体積変化がほとんどないため、流体の圧力を支える単純な構造で済む。
【００３９】
図１Ａ及び図１Ｂに示す実施形態は、第一の流体と第二の流体は、対向流で熱交換する熱交換器３０を示す。対向流とは、第一の流体の流れる方向と並行して逆方向に第二の流体が流れることをいう。第二の流体を流通させる方向は、第一の流体が流通する方向と逆方向（対向流）に限られず、同方向（並行流）、或いは、ある一定角度(０°＜ｘ＜１８０°：但し直交を除く)など、適宜選択・設計は可能である。
【００４０】
先行技術にあるセラミックス製熱交換器の作製では、目封じ加工やスリット開け加工、複数の成形体または焼成体を接合する工程が必要であるのに対し、本発明では基本的に押し出し成形をそのまま使用でき、工数が非常に少なくできる。また同じ構造を耐熱金属で作製しようとしたとき、プレス加工、溶接加工などの工程が必要であるのに対し、本発明では不要である。したがって、製造コストを低減することができるとともに、十分な熱交換効率を得ることができる。
【００４１】
本発明の熱交換器３０は、第一の流体（加熱体）が流通するハニカム構造の第一流体流通部５（高温側）とされるハニカム構造体１と内部が第二流体流通部６とされるケーシング２１とにより構成される。第一流体流通部５がハニカム構造体１により形成されていることから熱交換を効率的に行うことができる。ハニカム構造体１は、隔壁４によって流路となる複数のセル３が区画形成されており、セル形状は、円形、楕円形、三角形、四角形、その他の多角形等の中から所望の形状を適宜選択すればよい。尚、熱交換器３０を大きくしたい場合は、ハニカム構造体１が複数接合されたモジュール構造とすることができる（図２Ａ参照）。
【００４２】
ハニカム構造体１の形状は四角柱であるが、形状としてはこれに限定されるものでなく、円筒等の他の形状であってもよい（図３参照）。
【００４３】
ハニカム構造体１のセル密度（即ち、単位断面積当たりのセルの数）については特に制限はなく、目的に応じて適宜設計すればよいが、２５〜２０００セル／平方インチ（４〜３２０セル／ｃｍ２）の範囲であることが好ましい。セル密度が２５セル／平方インチより小さくなると、隔壁４の強度、ひいてはハニカム構造体１自体の強度及び有効ＧＳＡ（幾何学的表面積）が不足するおそれがある。一方、セル密度が２０００セル／平方インチを超えると、熱媒体が流れる際の圧力損失が大きくなるおそれがある。
【００４４】
また、ハニカム構造体１の１つ当たり（１モジュール当たり）のセル数は、１〜１０，０００が望ましく、２００〜２，０００が特に望ましい。セル数が多すぎるとハニカム自体が大きくなるため第一の流体側から第二の流体側までの熱伝導距離が長くなり、熱伝導ロスが大きくなり熱流束が小さくなる。またセル数が少ない時には第一の流体側の熱伝達面積が小さくなり第一の流体側の熱抵抗を下げることができず熱流束が小さくなる。
【００４５】
ハニカム構造体１のセル３の隔壁４の厚さ（壁厚）についても、目的に応じて適宜設計すればよく、特に制限はない。壁厚を５０μｍ〜２ｍｍとすることが好ましく、６０〜５００μｍとすることが更に好ましい。壁厚を５０μｍ未満とすると、機械的強度が低下して衝撃や熱応力によって破損することがある。一方、２ｍｍを超えると、ハニカム構造体側に占めるセル容積の割合が低くなったり、流体の圧力損失が大きくなったり、熱媒体が透過する熱交換率が低下するといった不具合が発生するおそれがある。
【００４６】
ハニカム構造体１のセル３の隔壁４の密度は、０．５〜５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。０．５ｇ／ｃｍ３未満の場合、隔壁４は強度不足となり、第一流体が流路内を通り抜ける際に圧力により隔壁４が破損する可能性がある。また、５ｇ／ｃｍ３を超えると、ハニカム構造体１自体が重くなり、軽量化の特徴が損なわれる可能性がある。上記の範囲の密度とすることにより、ハニカム構造体１を強固なものとすることができる。また、熱伝導率を向上させる効果も得られる。
【００４７】
ハニカム構造体１は、耐熱性に優れるセラミックスを用いることが好ましく、特に伝熱性を考慮すると炭化珪素が好ましい。但し、必ずしもハニカム構造体１の全体が炭化珪素で構成されている必要はなく、炭化珪素が本体中に含まれていれば良い。即ち、ハニカム構造体１は、炭化珪素を含む導電性セラミックスからなるものであることが好ましい。ハニカム構造体１の物性として、室温における熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以上３００Ｗ／ｍＫ以下が好ましいが、これに限定されるものでない。導電性セラミックスの代わりに、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金等の耐蝕金属材料を用いることもできる。
【００４８】
本発明の熱交換器３０が高い熱交換率を得るためには、ハニカム構造体１の材質に熱伝導が高い炭化珪素を含むものを用いた方がより好ましい。但し、炭化珪素であっても多孔体の場合は高い熱伝導率が得られないため、ハニカム構造体１の作製過程でシリコンを含浸させて緻密体構造とした方がより好ましい。緻密体構造にすることで高い熱伝導率が得られる。例えば、炭化珪素の多孔体の場合、２０Ｗ／ｍＫ程度であるが、緻密体とすることにより、１５０Ｗ／ｍＫ程度とすることができる。
【００４９】
つまり、セラミック材料として、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ、金属複合ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣ等を採用することができるが、高い熱交換率を得るための緻密体構造とするためにＳｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣを採用することがより望ましい。Ｓｉ含浸ＳｉＣは、ＳｉＣ粒子表面を金属珪素融体の凝固物が取り囲むとともに、金属珪素を介してＳｉＣが一体に接合した構造を有するため、炭化珪素が酸素を含む雰囲気から遮断され、酸化から防止される。さらに、ＳｉＣは、熱伝導率が高く、放熱しやすいという特徴を有するが、Ｓｉを含浸するＳｉＣは、高い熱伝導率や耐熱性を示しつつ、緻密に形成され、伝熱部材として十分な強度を示す。つまり、Ｓｉ−ＳｉＣ系（Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ）材料からなるハニカム構造体１は、耐熱性、耐熱衝撃性、耐酸化性を初め、酸やアルカリなどに対する耐蝕性に優れた特性を示すとともに、高熱伝導率を示す。
【００５０】
さらに具体的に説明すると、ハニカム構造体１がＳｉ含浸ＳｉＣ複合材料、又は（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣを主成分とする場合、Ｓｉ／（Ｓｉ＋ＳｉＣ）で規定されるＳｉ含有量が少なすぎると結合材が不足するために隣接するＳｉＣ粒子同士のＳｉ相による結合が不十分となり、熱伝導率が低下するだけでなく、ハニカム構造のような薄壁の構造体を維持し得る強度を得ることが困難となる。逆にＳｉ含有量が多すぎると、適切にＳｉＣ粒子同士を結合し得る以上に金属珪素が存在することに起因して、ハニカム構造体１が焼成により過度に収縮してしまい、気孔率低下、平均細孔径縮小などの弊害が併発してくる点において好ましくない。したがってＳｉ含有量は、５〜５０質量％であることが好ましく、１０〜４０質量％であることが更に好ましい。
【００５１】
このようなＳｉ含浸ＳｉＣ、又は（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣは、気孔が金属シリコンで埋められており、気孔率が０または０に近い場合もあり、耐酸化性、耐久性に優れ、高温雰囲気化での長期間の使用が可能である。一度酸化されると酸化保護膜が形成されるため、酸化劣化が発生しない。また常温から高温まで高強度を有するため、肉薄で軽量な構造体を形成することができる。さらに、熱伝導率が銅やアルミニウム金属と同程度に高く、遠赤外線放射率も高く、電気導電性があるため静電気を帯びにくい。
【００５２】
本発明の熱交換器３０に流通させる第一の流体（高温側）が排ガスの場合、第一の流体（高温側）が通過するハニカム構造体１のセル３内部の壁面には、触媒が担持されていることが好ましい。これは、排ガス浄化の役割に加えて、排ガス浄化の際に発生する反応熱（発熱反応）も熱交換することが可能になるためである。貴金属（白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀、及び金）、アルミニウム、ニッケル、ジルコニウム、チタン、セリウム、コバルト、マンガン、亜鉛、銅、亜鉛、スズ、鉄、ニオブ、マグネシウム、ランタン、サマリウム、ビスマス及びバリウムからなる群から選択された元素を少なくとも一種を含有すると良い。これらは金属、酸化物、及びそれ以外の化合物であっても良い。第一の流体（高温側）が通過するハニカム構造体１の第一流体流通部５に担持される触媒（触媒金属＋担持体）の担持量としては、１０〜４００ｇ／Ｌであることが好ましく、貴金属であれば０．１〜５ｇ／Ｌであることが更に好ましい。触媒（触媒金属＋担持体）の担持量を１０ｇ／Ｌ未満とすると、触媒作用が発現し難いおそれがある。一方、４００ｇ／Ｌを超えると、圧損が大きくなる他、製造コストが上昇するおそれがある。必要に応じて、ハニカム構造体１のセル３の隔壁４に触媒を担持させる。触媒を担持させる場合、ハニカム構造体１にマスキングを施し、ハニカム構造体１に触媒が担持されるようにする。予め、担体微粒子となるセラミックス粉末に触媒成分を含む水溶液を含浸させた後、乾燥し、焼成することにより触媒コート微粒子を得る。この触媒コート微粒子に分散媒（水等）、その他の添加剤を加えてコーティング液（スラリー）を調製し、このスラリーをハニカム構造体１の隔壁４にコーティングした後、乾燥し、焼成することによって、ハニカム構造体１のセル３の隔壁４に触媒を担持する。尚、焼成する際は、ハニカム構造体１のマスキングを剥す。
【００５３】
図２Ａに熱交換器３０の他の実施形態を示す。図２Ａに示す熱交換器３０は、ケーシング２１内に、複数のハニカム構造体１が、第二の流体が流通するための間隙を互いに有した状態で、その外周面７を対向させて配置されている。なお、図２Ａは、ハニカム構造体１の配置を模式的に示したものであり、ケーシング２１等は省略されている。具体的には、ハニカム構造体１が縦３列、横４列に間隙を有した状態で積層されている。このような構成とすることにより、第一の流体が流通するセル３が多くなり、多量の第一の流体を流通させることができる。また、複数のハニカム構造体１が、間隙を有した状態で、その外周面７を対向させて配置されているため、ハニカム構造体１の外周面７と第二の流体との接触面積が多く、効率よく第一の流体と第二の流体との熱交換を行うことができる。
【００５４】
図２Ｂ及び図２Ｃに、複数のハニカム構造体１の正三角形千鳥配置の実施形態を示す。図２Ｂは、斜視図、図２Ｃは、第一の流体の入口側から見た図である。複数のハニカム構造体１が、それぞれのハニカム構造体１の中心軸１ｊを結んだ線が正三角形を形成するように配置されている。このように配置することにより、第二の流体を均一的にハニカム構造体１間（各モジュール間）に流通させることができ、熱交換効率を向上させることができるため、複数のハニカム構造体１を配置する場合には、正三角形千鳥配置が好ましい。正三角形千鳥配置により一種のフィン構造となり、第二の流体の流れが乱流となり、第一の流体とより熱交換しやすくなる。
【００５５】
図２Ｄに異なる大きさのハニカム構造体１が含まれる実施形態を示す。図２Ｄの実施形態には、正三角形千鳥配置のハニカム構造体１の隙間に、補充ハニカム構造体１ｈが配置されている。補充ハニカム構造体１ｈは、隙間を埋め合わせるものであり、他の通常のハニカム構造体１と大きさや形状が異なるものである。すなわち、すべてのハニカム構造体１が同じ大きさや形状である必要はない。このように、大きさや形状の異なる補充ハニカム構造体１ｈを用いることにより、ケーシング２１とハニカム構造体１との隙間を埋め、熱交換効率を向上させることができる。
【００５６】
図３に熱交換器３０のケーシング２１内に収容されるハニカム構造体１の他の実施形態を示す。図３に示すハニカム構造体１は、軸方向に垂直な断面の形状が円である。すなわち、図３に示すハニカム構造体１は、円柱形状に形成されている。また、ケーシング２１内に、図３に示すように１つの円柱形状のハニカム構造体１が収容されていてもよいし、複数の円柱状のハニカム構造体１が収容されていてもよい。ハニカム構造体１の軸方向に垂直な断面における断面形状は、図３のように円であっても良いし、図１のように四角形であってもよい。或いは、後述するように六角形状であっても良い。また、図３では、第二の流体は第一の流体に対して直交する直交流となっているが、第一の流体に対して対向流であっても構わず、第二の流体の入口と出口の位置は特に限定されない。
【００５７】
図４Ａ及び図４Ｂにハニカム構造体１の軸方向に垂直な断面の形状が六角形である実施形態を示す。ハニカム構造体１は、それぞれの外周面７を対向させる形で、かつ第二の流体が流通するための間隙を有した状態で、積層して配置されている。以上のように、ハニカム構造体１は、角柱、円柱、六角柱等の構造とすることが可能であり、また、それぞれを組み合わせて使用することも可能であり、熱交換器３０の形状に合わせて、選択することができる。
【００５８】
図５Ａ及び図５Ｂに、ハニカム構造体１の外周面７に、第二流体流通部６を流通する第二の流体と熱を授受するフィン９を有する実施形態を示す。図５Ａは、ハニカム構造体１の軸方向に複数のフィン９を有する実施形態である。また、図５Ｂは、ハニカム構造体１の軸方向に垂直な方向に複数のフィン９を有する実施形態である。熱交換器３０は、ケーシング２１内にこのハニカム構造体１を単数備えるように構成してもよいし、複数備えるように構成してもよい。フィン９の材料は、ハニカム構造体１と同じ材料であることが望ましい。図５Ａの実施形態は、ハニカム構造体１の外周にフィン９をつけた口金による押し出しで作製することができる。図５Ｂの実施形態は、ハニカム構造体１の外周に別に成形したフィン９を接合し一体焼成して作製することができる。図５Ａの実施形態と図５Ｂの実施形態では、第二の流体の流れる方向が異なる。第二の流体の入口２２と出口２３がハニカム構造体１の軸方向においてずれた位置にある場合は、フィン９を図５Ａの形で、ハニカム構造体１の軸方向に直交位置に入口２２と出口２３がある場合（軸方向においてずれた位置にあるのではない場合）は、フィン９を図５Ｂの形とするとよい。
【００５９】
図６に本発明の熱交換器３０の他の実施形態を示す。本発明の熱交換器３０は、ハニカム構造体１と、ハニカム構造体１を内部に載置するケーシング２１とを含む。ケーシング２１は、材質は特に限定されないが、加工性が良好な金属（例えば、ステンレス等）で構成することが好ましい。接続する配管を含めて構成する材質も特に限定されない。ケーシング２１には、ケーシング２１内部に第二の流体を流入させるための入口２２、内部の第二の流体を外部に流出させるための出口２３が形成されている。また、第一の流体を外部からハニカム構造体１のセル３内に直接流入させる第一の流体の入口２５、セル３内の第一の流体を外部へ直接流出させるための第一の流体の出口２６が形成されている。すなわち、第一の流体の入口２５から流入した第一の流体は、ケーシング２１の内部にて第二の流体と直接接触することなくハニカム構造体１によって熱交換し、第一の流体の出口２６から流出する。
【００６０】
以上のような構成の本発明の熱交換器３０に流通させる第一の流体である加熱体としては、熱を有する媒体であれば、気体、液体等、特に限定されない。例えば、気体であれば自動車の排ガス等が挙げられる。また、加熱体から熱を奪う（熱交換する）第二の流体である被加熱体は、加熱体よりも低い温度であれば、媒体としては、気体、液体等、特に限定されない。取扱いを考慮すると水が好ましいが、特に水に限定されない。
【００６１】
以上のように、ハニカム構造体１が高い熱伝導性を持ち、隔壁４によって流路となる箇所が複数あることで、高い熱交換率が得られる。このため、ハニカム構造体１全体を小型化でき、車載化も可能となる。
【００６２】
ケーシング材料として金属を用いた場合、長手方向は、金属が膨張するため歪みが発生する。ケーシング２１の長手方向の熱膨張差については、その熱膨張差をケーシング２１で吸収する構造とするとよい。すなわち、ケーシング２１が、複数の構成部から構成され、それぞれの構成部が互いに相対的に変移可能とされている構造であるとよい。
【００６３】
図７に弾性部材を備えるケーシング２１の実施形態を示す。ケーシング２１は、複数の構成部である、第一ケーシング２１ａと第二ケーシング２１ｂとに分割されて構成されている。そして、弾性部材として、例えばばね２８を備えることにより、長手方向の長さが変移可能に構成されている。これにより、高温時のケーシング２１の膨張をばねの変形で吸収することができる。また、低温時の収縮は、ばねの力によって押さえることができる。
【００６４】
図８に蛇腹を有するケーシング２１の実施形態を示す。ケーシング２１は、第一ケーシング２１ａと第二ケーシング２１ｂと間に蛇腹が形成され、複数の構成部である、第一ケーシング２１ａ、蛇腹、第二ケーシング２１ｂが一体としてケーシング２１を構成している。これにより、長手方向の長さが変移可能に構成されており、高温時の膨張や低温時の収縮を、蛇腹によって吸収することができる。
【００６５】
図９を用いてハニカム構造体１とケーシング２１とのシールについて説明する。ハニカム構造体１とケーシング２１との間をシール材にてシールする。ハニカム構造体１とシール材が異なる材料の場合、熱膨張係数が異なりシール部に隙間を作ってしまう可能性がある。ハニカム構造体１の内部に高温流体、ケーシング２１内側でハニカム構造体１の外周面７上に低温流体が流れる時には、ケーシング２１の方が低温で熱膨張が小さいので外周から締め付けでシールが保たれ望ましい。ハニカム構造体１がセラミックスの場合、シール材としては、耐熱性と弾性を有する金属材料が挙げられる。
【００６６】
図１３Ａに延出外周壁５１を有するハニカム構造体１の斜視図、図１３Ｂに、軸方向に平行な断面で切断した断面図を示す。また、図１４Ａに、ケーシング２１内に延出外周壁５１を有するハニカム構造体１が収容された熱交換器３０の斜視図、図１４Ｂに、軸方向に平行な断面で切断した断面図、図１４Ｃに、軸方向に垂直な断面で切断した断面図を示す。
【００６７】
図１３Ａ〜１３Ｂに示すように、ハニカム構造体１は、ハニカム部５２の軸方向の端面２から軸方向外側に延出して筒状に形成された延出外周壁５１を有している。延出外周壁５１は、ハニカム部５２の外周壁と連続的に一体として形成されている。又は延出外周壁５１を有さないハニカム構造体１に、ハニカム部５２の外周壁と延出外周壁５１とが一体となった薄板状のものを巻きつけても、筒状のものへ圧入しても良い。巻きつけるものがハニカム部５２の全周を覆う必要はなく、両端部のみを覆い中央部はハニカム構造体１の外周壁７ｈとなっていてもよい。延出外周壁５１が金属でありハニカム１と接合する時は、ろう付けや溶接、接着材などの使用が望ましい。図１３Ｃは、ハニカム構造体１の両端部に、環状の取付け延出外周壁５１ａを取り付けた実施形態を示す。または、図１３Ｄに示すように、ハニカム部５２の全周を覆う環状の取付け延出外周壁５１ａを用いることもできる。取付け延出外周壁５１ａは、金属板またはセラミックス板であることが好ましい。延出外周壁５１または取付け延出外周壁５１ａの内周面側は、隔壁４やセル３等が形成されておらず、中空となっている。中央部のハニカム部５２は、伝熱を促進する集熱部である。
【００６８】
図１４Ａ〜１４Ｃに示すように、本実施形態の熱交換器３０のケーシング２１は、第一の流体の入口２５から第一の流体の出口２５までの第一流体流通部５を形成するハニカム構造体１が嵌合するように直線状に形成され、第二の流体の入口２２から第二の流体の出口２３までの第二流体流通部６も直線状に形成され、第一流体流通部５と第二流体流通部とが交差する交差構造とされている。ハニカム構造体１は、ケーシング２１に嵌合して備えられており、ハニカム構造体１の延出外周壁５１の外周面とケーシング２１の内周面とによってシール部５３が形成されている。第二の流体の入口２２と出口２３とが、ハニカム構造体１を挟んで反対側に形成されている。
【００６９】
熱交換器３０の信頼性を向上するためには、高温流体（第一の流体）側からシール部５３への伝熱を抑制し、シール部５３の温度上昇を抑えることが有効であり、本実施形態は、延出外周壁５１が形成されており、延出外周壁５１がシール部５３となっているため、熱交換器３０の性能が向上する。例えば図１Ａ及び図１Ｂの構造では第一の流体の入口であるハニカム構造体１の入口側の端面２付近が最も高温であるが、ケーシング２１との接合やシール部分（シール部１１）が必要なため最端部に第２の流体を流すこと難しい（図９参照）。本実施形態のように延出外周部５１を設けることにより、ハニカム部２１の端部（入口側の端面２付近）も熱交換できる。言い換えると、シール部５３がハニカム部５２よりも軸方向外側に形成されているため、ハニカム部２１の外周面の全面に第二の流体が接触可能である。このため、熱交換効率を向上させることができる。
【００７０】
図１５Ａは、ケーシング２１内に延出外周壁５１を有するハニカム構造体１が収容された熱交換器３０の他の実施形態を示す斜視図であり、図１５Ｂは、軸方向に平行な断面で切断した断面図、図１５Ｃは、軸方向に垂直な断面で切断した断面図である。
【００７１】
図１５Ａ〜図１５Ｃの実施形態では、第二の流体の入口２２と出口２３とが、ハニカム構造体１に対し、同じ側に形成されている。熱交換器３０の設置場所、配管等に合わせて、本実施形態のような構造とすることも可能である。本実施形態では、第二流体流通部６がハニカム構造体１の外周を周回する周回構造となっている。つまり、ハニカム構造体１の外周を周回するように第二の流体が流通する。
【００７２】
ハニカム構造体１を保護し、ハニカム構造体１の破損を抑制するために、ハニカム構造体１の外周面７の少なくとも一部に金属板またはセラミックス板を嵌合して備えるように構成することもできる。金属板またはセラミックス板で外周面７の一部の覆うように構成してもよいし、外周面７の全面を覆うように構成してもよい。外周面７の全面を覆うように構成すると、ハニカム構造体１の外周面７と第二の流体とが直接接しない構造となる。
【００７３】
図１６に第二流体流通部６におけるハニカム構造体１の外周面７に複数の孔を有する有孔金属板であるパンチングメタル５５が備えられている熱交換器３０の実施形態を示す軸方向に平行な断面で切断した断面図を示す。パンチングメタル５５は、ハニカム構造体１の外周面に嵌合する金属板である。ケーシング２１内に延出外周壁５１を有するハニカム構造体１が収容されている。そして、第二流体流通部６におけるハニカム構造体１の外周面７に嵌合してパンチングメタル５５が備えられている。パンチングメタル５５は、金属素材の板を孔開け加工したもので、ハニカム構造体１の外周面７の形状に沿った筒状に形成されている。つまり、パンチングメタル５５は、孔５５ａを有するため、第二の流体とハニカム構造体１とが直接接する箇所があり熱伝達を低下させない。またパンチングメタル５５でハニカム構造体１の外周面７を覆ってハニカム構造体１を保護することでハニカム構造体１の破損を抑制することができる。なお、有孔金属板とは、複数の孔を有する金属板であり、パンチングメタル５５に限定されない。
【００７４】
また、ハニカム構造体１の外周面７を覆う金属板またはセラミックス板の外周面に、第二流体流通部を流通する第二の流体と熱を授受するフィンを有するように構成してもよい（フィンの形状については、ハニカム構造体１の外周面７に直接設けられたフィンの実施形態を示す図５Ａ及び図５Ｂを参照）。フィンを設けることにより、第二の流体の接触面積が大きくなるため、熱交換効率を向上させることができる。
【００７５】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、ケーシング２１が、チューブ状に形成され、ハニカム構造体１の外周面７上を螺旋状に巻き付けられた形状で備えられている実施形態の熱交換器３０を示す。図１７Ａは、ケーシング２１が、ハニカム構造体１の外周面７上を螺旋状に巻き付けた状態を説明するための模式図である。図１７Ｂは、ケーシング２１が、ハニカム構造体１の外周面７上を螺旋状に巻き付けられた状態を説明するための軸方向に平行な方向の模式図である。本実施形態では、チューブ内が第二流体流通部６とされており、ケーシング２１は、ハニカム構造体１の外周面７上を螺旋状に巻き付けられた形状であるため、第二流体流通部６を流通する第二の流体は、ハニカム構造体１の外周面７上をハニカム構造体１の外周面７に直接接触せずに螺旋状に流通して熱を交換することになる。このような構成とすることにより、ハニカム構造体１に破損があった場合でも、第一の流体と第二の流体が漏れたり混合したりすることがない。なお、本実施形態では、ハニカム構造体１は、延出外周壁５１がない形態でもよい。図１７Ａ及び図１７Ｂでは、ケーシング２１は、螺旋状に巻き付けられているが、螺旋状でなくても構わない。しかし、ケーシング２１がハニカム構造体１の外周面７と密着した形状で備えられていることが熱交換効率の向上から好ましい。
【００７６】
図１８にハニカム構造体１の外周面７に嵌合された金属板またはセラミックス板と、その外側に第二流体流通部６を形成する外側ケーシング部２１ｂとを一体として備える実施形態を示す。図１８に示す実施形態の熱交換器３０は、ケーシング２１が、ハニカム構造体１の外周面７に嵌合する筒状部２１ａと、その筒状部２１ａの外側に第二流体流通部６を形成する外側ケーシング部２１ｂとを一体として備える。筒状部２１ａは、ハニカム構造体１の外周面７の形状に対応した形状を有し、外側ケーシング部２１ｂは、筒状部２１ａの外側に、第二の流体が流通するための空間を有した筒状の形状を有している。また、外側ケーシング部２１ｂの一部に第二の流体の入口２２及び出口２３が形成されている。本実施形態では、第二流体流通部６は、筒状部２１ａと外側ケーシング部２１ｂとに囲まれて形成されており、第二流体流通部６を流通する第二の流体は、ハニカム構造体１の外周面７上をハニカム構造体１の外周面７に直接接触せずに周方向に流通して熱を交換することになる。このような構成とすることにより、ハニカム構造体１に破損があった場合でも、第一の流体と第二の流体が漏れたり混合したりすることがない。なお、本実施形態では、ハニカム構造体１は、延出外周壁５１がない形態でもよい。またハニカム構造体１に延出外周壁５１と筒状部２１ａが一体化した薄板上のものを巻きつけたり、筒状のものへ圧入したりした外側に外側ケーシング部２１ｂを形成するよう接合しても良い。
【００７７】
図１９は、ケーシング２１が、ハニカム構造体１の外周面７に嵌合する筒状部２１ａと、その筒状部２１ａの外側に第二流体流通部６を形成する外側ケーシング部２１ｂとを一体として備える熱交換器３０の実施形態を示す。第一流体流通部５は、複数のハニカム部５２によって構成され、軸方向に垂直な断面における、それぞれのハニカム構造体１の隔壁４の方向が異なるようにハニカム部５２が配置されている。つまり、本実施形態では、ケーシング２１内に、複数個のハニカム部５２をメッシュの向き（隔壁４の方向）を変えて配置されている。つまり複数のハニカム部５２のセル３に位相差がある。このように構成することにより、第一の流体の流れが不連続になり熱交換効率が向上する。なお、本実施形態では、ハニカム構造体１は、延出外周壁５１がない形態でもよい。
【００７８】
図２０は、ケーシング２１が、ハニカム構造体１の外周面７に嵌合する筒状部２１ａと、その筒状部２１ａの外側に第二流体流通部６を形成する外側ケーシング部２１ｂとを一体として備える熱交換器３０の実施形態を示す。第一流体流通部５は、複数のハニカム部５２によって構成され、それぞれのハニカム部５２のセル密度が異なって形成されており、第一の流体の入口側よりも出口側のハニカム部５２のセル密度が大となるようにハニカム部５２が配置されている。第一の流体の下流に行くほどハニカム部５２のメッシュの密度（セル密度）を密にしていくように複数個配置することで、第一の流体の温度は下がっていっても伝熱面積大きくなるので熱交換効率が向上する。なお、本実施形態では、ハニカム構造体１は、延出外周壁５１がない形態でもよい。
【００７９】
図２１Ａは、ハニカム構造体１のハニカム部５２が、第二流体流通部６に対して、軸方向の下流側に寄せて配置されている実施形態を示す、軸方向に垂直な断面で切断した断面図である。本実施形態のハニカム構造体１は、軸方向の端面２から軸方向外側に延出して筒状に形成された延出外周壁５１を有している。また、ハニカム構造体１の外周面７の外側に外周面７の一部を覆う形態でケーシング２１が筒状に形成され、第二の流体はケーシング内を流通することにより外周面７に直接接触して第一の流体から熱を受け取るように構成されている。隔壁４によってセル３が形成されたハニカム部５２は、第二流体流通部６に対して、軸方向の下流側（第一の流体の流通方向の下流側）に寄せて配置されている。ハニカム部５２が下流側に寄せて配置されているため、第一の流体の入口から端面２までの距離が長く、第一の流体は第二流体流通部６と接する距離が長くなるので、ハニカム構造体１とケーシング２１の接触面の最高温度を下げ、ケーシング２１との接触部の温度を下げることができるため、熱による破壊を抑制できる。またハニカム構造体１から輻射で放出される熱もケーシング２１で回収できる。
【００８０】
図２１Ｂは、第二流体流通部６が、ハニカム部５２に対して軸方向の下流側に寄せて配置されている実施形態を示す、軸方向に垂直な断面で切断した断面図である。本実施形態のハニカム構造体１は、軸方向の端面２から軸方向外側に延出して筒状に形成された延出外周壁５１を有している。ハニカム構造体１の外周面７の外側に外周面７の一部を覆う形態でケーシング２１が筒状に形成されている。第二の流体はケーシング２１内を流通することにより外周面７に直接接触して第一の流体から熱を受け取るように構成されている。第一の流体の入口２５は、高温であり、ケーシング２１内を流通する第二の流体との温度差が大きいと高い熱応力が発生しハニカム構造体１が破損する可能性がある。本実施形態では、第二流体流通部６が、ハニカム部５２に対して軸方向の下流側に寄せて配置されているため、ハニカム部５２の中心と外周の温度差が小さくなり、ハニカムに発生する熱応力を小さくすることができる。
【００８１】
図２１Ｃは、延出外周壁５１（または取付け延出外周壁５１ａ）を有さないハニカム構造体１にケーシングが嵌合する実施形態を示す、軸方向に垂直な断面で切断した断面図である。ケーシング２１は、環状に形成されており、その内周面にハニカム構造体１の外周面７が嵌合している。ケーシング２１は、金属またはセラミックスで形成されることが好ましい。すなわち、ハニカム構造体１の外周面７の一部に、ケーシング２１を構成する金属板またはセラミックス板が嵌合している。ケーシング２１内を流通する第二の流体は、ハニカム構造体１の外周面７に直接接触して熱交換をする。
【００８２】
図２２は、ハニカム構造体１の他の実施形態を示し、ハニカム構造体１を第一の流体の入口側である一方の端面２から見た図である。図２２に示すように、ハニカム構造体１は、セラミックスの隔壁４により仕切られて一方の端面２から他方の端面２まで軸方向に貫通し（図１Ｂ参照）、第一の流体である加熱体が流通する複数のセル３を有し、セル３を形成する隔壁４の厚さ（壁厚）が一部異なるように形成されている。すなわち、図１Ｂのハニカム構造体１において、隔壁４が厚い部分と薄い部分を有するように形成されている実施形態である。隔壁４の厚さ以外の構成は、図１Ｂのハニカム構造体１と同様であり、第二の流体は第一の流体と直交して流通するように形成されている。このように壁厚にばらつきを持たせることにより、圧力損失を下げることができる。なお、壁厚の厚い部分と薄い部分とは、規則的に配置してもよいし、図２２に示すように、ランダムに配置してもよく、同様の効果が得られる。
【００８３】
図２３Ａは、ハニカム構造体１の隔壁４の軸方向の端面２をテーパー面２ｔとした実施形態を示し、第一の流体の入口側からハニカム構造体１の一方の端面２を見た図である。図２３Ｂは、ハニカム構造体１の隔壁４の軸方向の端面２をテーパー面２ｔとした実施形態を示す、軸方向に平行な面で切断した断面図である。図２３Ａ及び図２３Ｂに示すように、ハニカム構造体１は、セラミックスの隔壁４により仕切られて一方の端面２から他方の端面２まで軸方向に貫通し（図１Ｂ参照）、第一の流体である加熱体が流通する複数のセル３を有し、端面２がテーパー面２ｔとされている。第一の流体の入口の隔壁４の端部をテーパー面２ｔとすることにより、流体の流入抵抗を下げて圧力損失を低減することができる。
【００８４】
図２４Ａは、ハニカム構造体１を第一の流体の入口側から一方の端面２を見た図であり、異なる大きさのセル３が形成された実施形態である。中央部を流れる第一の流体は、流速が速いため温度が高く体積が大きく、圧力損失が大きい。そこで、中央部のセル３を大きくすることにより、圧力損失を下げることができる。
【００８５】
図２４Ｂは、異なる大きさのセル３が形成された円柱状のハニカム構造体１の実施形態を示す。内側の円柱状のハニカム構造体と、外側の円柱状ハニカム構造体は、一体とされ、円柱状ハニカム構造体のセル３は、第一流体流通部５を形成している。
【００８６】
図２４Ｃは、セル３の大きさを変化させた実施形態であり、第一の流体の入口側から一方の端面２を見た図である。図の右側から左側へ漸次セル３が大きくなるように形成されている。図の右側が第二の流体の入口側であり、ハニカム構造体１の外周面７に沿って右側から左側へ流通するように構成されている。つまり、第二の流体の入口側のセル３が小さく、出口側のセル３が大きく形成されている。図６に示す熱交換器１において、第一流体流通部を図２４Ｃのように形成し、図２４Ｃの右側から左側へ第二の流体を流通させると、第二の流体の下流側（図２４Ｃの左側）は、第二の流体の温度が高いため第二の流体の下流側を流れる第一の流体の温度が高くなり圧力損失が大きいが、第二の流体の下流側の第一流体流通部５のセル３を大きくすることにより、圧力損失を下げることができる。図２４Ｄは、セル３の隔壁４の厚さを変化させた実施形態であり、第一の流体の入口側の一方の端面２を見た図である。図の右側から左側へ漸次セル３の隔壁４が薄くなるように形成されている。図の右側が第二の流体の入口側であり、第二の流体下流側のセル３の隔壁４を薄くすることにより、図２４Ｃと同様に、圧力損失を下げることができる。
【００８７】
図２５Ａは、軸方向に平行な断面で切断した断面図であり、第一の流体の入口側から出口側へ向かって（上流側から下流側へ向かって）隔壁４の厚さが厚く形成されているハニカム構造体１の実施形態である。また、図２５Ｂは、第一の流体の入口側から出口側へ向かって（上流側から下流側へ向かって）第一流体流通部５が漸次狭くなるハニカム構造体１の実施形態を示す。第一流体流通部５において、第一の流体は下流に行くほど温度が低下し第一の流体の体積収縮により熱伝達が低下する。第一流体流通部５を狭くすることで接触を良くし、第一の流体と隔壁の壁面との熱伝達を大きくすることができる。
【００８８】
図１に示すハニカム構造体１において、第一流体流通部５となるセル３の形状を図２６Ａに示すように六角形状とすることができる。また、図２６Ｂに示すように、第一流体流通部５となるセル３の形状を八角形状とすることもできる。このようにすることにより、角部の角度が広がるため、流体のよどみ等が少なくなり境膜厚さ（第一の流体の温度境界層厚さ）を薄くでき第一の流体と隔壁の壁面との熱伝達係数が大きくなる。
【００８９】
また、図１に示すハニカム構造体１において、図２７に示すように、第一流体流通部５となるセル３の角部をＲ形状としてＲ部３ｒを形成することができる。このようにすることにより、角部の角度が広がるため、流体のよどみ等が少なくなり境膜厚さを薄くでき第一の流体と隔壁の壁面との熱伝達係数が大きくなる。
【００９０】
さらに、図１に示すハニカム構造体１において、図２８Ａ及び図２８Ｂ示すように、第一流体流通部５となるセル３内に突出したフィン３ｆを有するフィン構造とすることができる。フィン３ｆは、セル３を形成する隔壁４の壁面に軸方向（第一の流体の流れる方向）に延びて形成されており、フィン３ｆの形状は、軸方向に垂直な断面において、板状、半球状、三角状、多角形状等とすることができる。このようにすると、伝熱面積が増加するだけでなく、流体の流れを乱すことで境膜厚さを薄くでき、第一の流体と隔壁の壁面との熱伝達係数が大きくなる。なお、フィン３ｆは、目封止されていないセル３のみであってもよいし、目封止されているセル３に形成されていてもよい。
【００９１】
また、図４７に示すように、ハニカム構造体１の中央部のセル３の隔壁４に、フィン３ｆを設ける構造とすることもできる。このようにすることにより、ガスの接触面積を大きくできるため熱交換効率を上げるだけではなく、第一の流体が中央部に集中して中央部の劣化を早める欠点を改善することができる。
【００９２】
図４８Ａ〜図４８Ｇに、中央部のセル３にフィン３ｆを設けるハニカム構造体１におけるセルの形状とフィンの配置を示す。図４８Ａ〜図４８Ｇに示すように、セル３の形状は、四角形状に限定されるものではなく、三角形、六角形等の多角形、円形のいずれでもよい。フィン３ｆの配置は、隔壁４上でも隔壁４の交差部でもよく、フィン３ｆの数により定めることができる。フィン３ｆの厚みは、耐熱衝撃性と製造上の条件から隔壁の厚さと同等もしくはそれ以下が好ましい。
【００９３】
図２９Ａに、一部のセル構造を密にしたハニカム構造体１の実施形態を示す。ハニカム構造体１の中央部のセル３を流れる第一の流体は、流速が速いため温度が高い。ハニカム構造体１の中央のセルを狭くし、ハニカム構造体１の外側部のセル３を広くする構成とすることが好ましい。
【００９４】
図２９Ｂは、異なる大きさのセル３が形成された円柱状のハニカム構造体１の実施形態を示す。内側の円柱状のハニカム構造体と、外側の円柱状ハニカム構造体は、一体とされ、円柱状ハニカム構造体のセル３は、第一流体流通部５を形成している。
【００９５】
また、図２９Ｃは、一部のセル構造を密にした実施形態であり、第一の流体の入口側である一方の端面２から見た図である。図の右側から左側へ漸次セル密度が大きくなるように形成されている。図の右側が第二の流体の入口側であり、ハニカム構造体１の外周面７に沿って右側から左側へ流通するように構成されている。つまり、第一流体流通部５となるセル３は、第二の流体の入口側のセル密度が小さく、出口側のセル密度が大きく形成されている。また、図２９Ｄに、隔壁４の厚さ（壁厚）の変更によって、セル構造を変えたハニカム構造体１の実施形態を示す。第一流体流通部５となるセル３は、図の右側の第二の流体の入口側のセル密度が小さく、図の左側の出口側のセル密度が大きく形成されている。図６に示す熱交換器１において、第一流体流通部５を図２９Ｃ（または図２９Ｄ）のように形成し、図２９Ｃ（または図２９Ｄ）の右側から左側へ第二の流体を流通させると、第二の流体下流側（図２９Ｃ（または図２９Ｄ）の左側）を流れる第一の流体は、第二の流体の温度が高いため温度が高くなり圧力損失が大きいが、第一流体流通部５のセル３の第二の流体の下流側のセル密度を大きくすることにより、伝熱面積を広くすることができる。または隔壁４の厚さを厚くすることで、全熱伝達量を多くすることができる。
【００９６】
図３０に隔壁４の位置をオフセットさせている熱交換器３０の実施形態を示す。このように熱交換器３０を複数のハニカム構造体１の隔壁４の方向、位置等がオフセットされている構成とすることにより、壁位置がオフセットされた箇所で流体の流れを乱すことができる。このため、境膜厚さを薄くすることができ、第一の流体と隔壁の壁面との熱伝達係数を大きくすることができる。
【００９７】
図３１に、複数のハニカム構造体１が第一の流体の流れる方向に直列に配置され、前段（上流側）のハニカム構造体１のセル密度よりも、後段（下流側）のハニカム構造体１のセル密度を密にした構成の熱交換器３０の実施形態を示す。第一流体流通部５を流通する第一の流体は、下流に行くほど温度が低下し、第一の流体の体積収縮により熱伝達が低下する。本実施形態では、後段（下流側）のハニカム構造体１のセル密度を密にするよう配置することで伝熱面積を大きくし、第一の流体と隔壁４の壁面との熱伝達を大きくすることができる。
【００９８】
図３２に、セル密度分布が異なる領域が形成されている複数のハニカム構造体１が第一の流体の流れる方向に直列に配置されて構成された熱交換器３０の実施形態を示す。具体的には、周方向において内側（中心側）と外周側と２つの領域が形成され、前段（上流）のハニカム構造体１のセル密度は、内側が密、外周側が粗、後段（下流側）のハニカム構造体１のセル密度は、内側が粗、外周側が密とされた構成の実施形態である。前後のセル密度分布を変えたセル構造で流体の流れを乱すことで境膜厚さを薄くでき、第一の流体と隔壁４の壁面との熱伝達係数を大きくすることができる。なお、セル密度の異なる領域は、２領域に限定されず、３領域以上であってもよい。
【００９９】
図３３Ａは、セル密度分布が異なる領域が形成されている複数のハニカム構造体１が第一の流体の流れる方向に直列に配置された熱交換器３０の実施形態である。具体的には、半円の２つの領域が形成され、ハニカム構造体１であるハニカム構造体を直列に配置する際、前段（上流側）と後段（下流側）のハニカム構造体の左右（又は上下）のセル密度分布を変えている。前段のハニカム構造体１のセル密度は、一方側（図の右側）が密、他方側（図の左側）が粗、後段のハニカム構造体１のセル密度は、他方側（図の左側）が密、一方側（図の右側）が粗とされた構成の実施形態である。つまり、前段のハニカム構造体１と後段のハニカム構造体１は、対応する位置におけるセル密度が異なるため、言い換えると、前段と後段のセル密度分布を変えたセル構造であるため、流体の流れを乱すことができる。このため境膜厚さを薄くすることができ、第一の流体と隔壁４の壁面との熱伝達係数を大きくすることができる。図３３Ｂに示すように、四角状の２つの領域が形成されたハニカム構造体１を、前段（上流側）と後段（下流側）のハニカム構造体１の左右（又は上下）のセル密度分布を変えて直列に配置することにより、流体の流れを乱し、熱伝達係数を大きくすることができる。
【０１００】
図３４Ａに、複数のハニカム構造体１が第一の流体の流れる方向に直列に配置されており、前段と後段における第一の流体の流路が変化するように構成されている熱交換器３０の実施形態を示す。具体的には、周方向において内側（中心側）と外周側と２つの領域が形成され、前段のハニカム構造体１は、外周側が目封止部１３によって全て目封止され、後段のハニカム構造体１は、内側が目封止部１３によって全て目封止された構成の実施形態である。このように構成することにより、流体の流れを乱すことができる。このため境膜厚さを薄くすることができ、第一の流体と隔壁の壁面との熱伝達係数を大きくすることができる。図３４Ｂは、一方が全て目封止された角柱が組み合わされたハニカム構造体１を前段と後段に配置した熱交換器の実施形態を示す図である。前段は、下側の領域が目封止部１３によって全て目封止され、後段は、上側の領域が目封止部１３によって全て目封止されている。これにより、第一の流体の流れを変化させることができる。
【０１０１】
図３５Ａに、目封止部１３により第一流体流通部５の入口と出口を互い違いに目封じしたハニカム構造体１の実施形態を示す。図３５Ｂは、図３５ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。隔壁４の材料を隔壁４の場所によって異なるようにして、入口から流入した第一の流体が、隔壁４内を通過し出口から流出するように構成する。これにより、第一の流体の集熱を壁表面でなく多孔質の隔壁４の内部で行う。２次元表面でなく３次元的に集熱することができるので、伝熱面積が大きくすることができる。
【０１０２】
図３５Ｃは、隔壁交点部位に相当する部分の隔壁４が存在しない交点なし部１９が形成されたハニカム構造体１の実施形態の一例を示す端面側から見た平面概要図である。ハニカム構造体１の基本構造は、多孔質の隔壁４により仕切られた軸方向に貫通する複数のセル３を有し、目封止部１３によって、所定のセル３ａの一方の端部を封じ、残余のセル３ｂについては前記所定のセル３ａとは反対側の他方の端部を封じてなるものである。
【０１０３】
そして、このハニカム構造体１は、その特徴的な構造として、隔壁４と隔壁４とが交わる隔壁交点部位の少なくとも一部において、当該隔壁交点部位に相当する部分の隔壁４が存在しない交点なし部１９が形成されている。このような構造のハニカム構造体１であるときには、交点なし部１９を排ガス中一部が通過するため熱交換効率を維持したままガスの圧力損失を小さくすることができる。
【０１０４】
図３６に、第一の流体の流路である第一流体流通部５内に多孔質壁１７が形成された実施形態を示す。図３６は、第一流体流通部５の断面図である。第一流体流通部５内の多孔質壁１７の気孔率は、セル３を形成する隔壁４の気孔率に比べて大きく形成されている。そのため、本実施形態では、第一の流体が多孔質壁１７を通過し出口から排出される。２次元表面でなく３次元的に集熱することができるので、同じ体積であっても伝熱面積を大きくすることができる。または、ハニカム構造体１を小型化することができる。
【０１０５】
図３７に、軸方向に垂直な断面において、中心から外周に向かって、第一流体流通部５を形成する隔壁４の厚さ（壁厚）を漸次厚くしたハニカム構造体１の実施形態を示す。同じハニカム構造体１の大きさの時フィン効率は壁厚が厚いほど高くなる。セル中央部から集めた熱を伝えるパスを厚くしていくことで、壁内の熱伝導を増加させることができる。
【０１０６】
図３８に、外形が楕円形のハニカム構造体１の実施形態を示す。本実施形態では、短軸側に延びる隔壁４の厚さが厚く形成されている。フィン効率は隔壁４の厚さが厚いほど高くなるので、第二の流体の直交する側に太い壁厚を配し第一の流体の熱を第二の流体に伝えられる様にすることで全体の熱伝導を増加させる。また全体を厚くすることに比べて、圧力損失を下げることができる。ハニカム構造体１の形状を長方形に形成することも可能である。
【０１０７】
図３９Ａ及び図３９Ｂに部分的に隔壁４の厚さを変化させたハニカム構造体１の実施形態を示す。隔壁４の厚さを一部厚くすることにより、外周壁７ｈへの熱パスを作ることができ、外周壁７ｈの温度を高くすることができる。隔壁４の厚さを規則正しく、またはランダムに配置しても同じ効果が得られる。
【０１０８】
図４０Ａ及び図４０Ｂに中央部軸方向に沿って熱伝導体５８を備える実施形態を示す。セル中央部を流れる第一の流体は、第二の流体に接触する外周壁７ｈから遠いため、熱を十分に回収しにくい。セル中央部に軸方向に沿って熱伝導体５８を配置し、入口側の高温を下流位置に伝導させることにより、ハニカム構造体１全体で熱を回収することができる。また、外周壁７ｈへの伝達距離を短縮することもできる。
【０１０９】
図４１にハニカム構造体１の外周壁７ｈを、セル３を形成する隔壁４よりも厚くした実施形態を示す。中央部セル３に比べて外周壁７ｈが厚いことにより、構造体としての強度を高くすることができる。
【０１１０】
図４２にハニカム構造体１を形成するハニカム構造体の外形を扁平型にした実施形態を示す。円に比べて短軸部では伝熱パスを短くできるとともに、ハニカム構造体１の外形を角構造にしたときよりも水路圧損が小さい。
【０１１１】
図４３Ａ〜図４３Ｃにハニカム構造体１の第一の流体の入口側の端面２を斜めに形成した実施形態を示す。入口を斜めにすることにより、第一の流体の高温部分の接する面積が広くなり全伝熱面積が大きくなる。また、出口側の端面を斜めに形成することもでき、この場合、圧力損失を低下させることができる。
【０１１２】
図４４に、ハニカム構造体１の第一の流体の入口側の端面２を凹面形状に形成した実施形態を示す。第一の流体の入口を凹面にすることで第一の流体の高温部分が後方に伸び、ハニカム後方部分の第二の流体との熱交換効率が高くなる。また凹面にすることで表面での熱応力を圧縮応力にすることができ、高い破壊強度を維持することができる。
【０１１３】
図４５Ａに、第二流体流通部６の第二の流体の入口側に第二の流体が旋回するようにノズル５９を設置した実施形態を示す。第一の流体の出口側に第二の流体の入口を配置し、第一の流体の入口側に第二の流体の出口が来るようにノズル５９を配置することにより、第一の流体の温度に対して対向流とすることができ、さらに熱交換性能を向上させることができる。
【０１１４】
図４５Ｂに、第二流体流通部６の流路形状を変化させた実施形態を示す。流路の形状が軸方向に沿った断面において、複数の段差部を有する鋸歯形状とされているため、伝熱面積が増大する。また、流体の流れを乱すことができ、境膜厚さを薄くし、第二の流体と外周壁７ｈとの熱伝達係数を大きくすることができる。
【０１１５】
図４５Ｃに、第二流体流通部６の流路形状を第一流体流通部５の下流側へ向かって小さくなるように変化させた実施形態を示す。また、流体の流れを乱すことができ、境膜厚さを薄くし、第二の流体と外周壁７ｈとの熱伝達係数を大きくすることができる。さらに、第一流体流通部５の下流側における第二の流体の流速をあげることができ、低温部分においても第二の流体と外周壁７ｈとの熱伝達係数を大きくすることができ、熱をより回収することができる。
【０１１６】
図４５Ｄに、第二流体流通部６の流路形状を第一流体流通部５の下流側へ向かって大きくなるように変化させた実施形態を示す。また、流体の流れを乱すことができ、境膜厚さを薄くし、第二の流体と外周壁７ｈとの熱伝達係数を大きくすることができる。さらに、第一流体流通部５の上流側における第二の流体の流速をあげることができ、高温部分においても第二の流体と外周壁７ｈとの熱伝達係数を大きくすることができ、熱をより回収することができる。
【０１１７】
図４５Ｅに、高温部に第二の流体の入口２２が複数設けられた実施形態を示す。第二の流体の入口２２を複数箇所とすることにより、流体の流れを乱すことができ、境膜厚さを薄くし、第二の流体と外周壁７ｈとの熱伝達係数を大きくすることができる。また、均一に高温部分へ低温の第二の流体を入れることにより、第二の流体と外周壁７ｈとの熱伝達係数を大きくすることができ、熱をより回収することができる。
【０１１８】
図４６に、ハニカム構造体１の第一の流体の入口側に第一流体流通部５を形成するセル３と同形状と断熱板１８を配置した熱交換器３０の実施形態を示す。第一の流体側入口の開口率が小さいため、断熱板を配置しない場合、第一の流体が入口側端面に接触すると、入口壁面で熱がロスしてしまう。入口に合わせて同じ形状の断熱板を配置することで、第一の流体が熱を保持したままでハニカム内部に入るようにし、第一の流体の熱をロスしないようにする。
【０１１９】
図４９に、第一の流体を流通させるハニカム構造体１を一方向に曲げた実施形態を示す。本実施形態のハニカム構造体１は、長手方向（軸方向）が直線状ではなく、一方向に湾曲している。一方の端面２から他方の端面２まで貫通するセル３も同様に湾曲している。これにより必ず第一の流体（ガス）がハニカム構造体１の内壁面に接触するので熱交換量が上がる。また、このハニカム構造体１の形状に合わせてケーシング２１を作製すれば、通常の形状では設置不可能なスペースに熱交換器３０を設置することができる。
【０１２０】
図５０に、外周壁７ｈ近傍のセル３の隔壁４を厚くしたハニカム構造体１の実施形態を示す。外周側のセル３の隔壁４を厚くすることにより、ハニカム構造体１の中心寄りで集めた熱を効率よく外周壁７ｈに伝えることができるので熱交換量が上がる。また、アイソスタティック強度の向上が図られ、キャニング時の把持力を強くすることもできる。
【０１２１】
図５１Ａ〜５１Ｃに、軸方向に垂直な断面において、中心側に向かって順次薄くなるようにセル３の隔壁４の厚さを変化させたハニカム構造体１の実施形態を示す。図５１Ａは、隔壁４が中心側に向かって直線的に薄くなる実施形態、図５１Ｂは、隔壁４が中心側に向かって湾曲しつつ薄くなる実施形態、図５１Ｃは、隔壁４が中心側に向かって階段状に薄くなる実施形態である。このように構成することにより、ハニカム構造体１の中心寄りで集めた熱を効率よく外周壁７ｈに伝えることができるので熱交換量が上がる。また、熱容量や圧力損失の増加を抑えつつ、アイソスタティック強度の向上を図ることができる。
【０１２２】
図５２Ａ及び図５２Ｂに、最外周セルの内側のセルについて隔壁を厚くしたハニカム構造体の実施形態を示す。最外周セルから数セル分のみ厚くし中心側に向かって隔壁厚さを順次薄くして、基本隔壁厚さに一致させている。さらに詳しく説明すると、図５２Ａの実施形態では、境界４ｍより内側の基本セル隔壁４ｂの厚さｔｂが、境界４ｍより外周側の最外周セル隔壁４ａの厚さｔａの０．７〜０．９倍の範囲である。ハニカム構造体１の中心寄りで集めた熱を効率よく外周壁７ｈに伝えることができるので熱交換量が上がる。また、アイソスタティック強度を満足させることができる。
【０１２３】
また、ハニカム構造体１においては、最外周セル隔壁４ａの厚さｔａがハニカム構造体の外周壁７ｈの厚さｔｈの０．３〜０．７倍の範囲とする。ハニカム構造体１の中心寄りで集めた熱を効率よく外周壁７ｈに伝えることができるので熱交換量が上がる。また、アイソスタティック強度を満足させることができる。
【０１２４】
図５２Ｂに示すように、ハニカム構造体１の最外周から内側に向かって３セル分以内の範囲において、内部セルから最外周セルに向けて順次隔壁厚さを、０．７≦ｔｂ／ｔａ≦０．９、の比率で厚くすることにより、ハニカム構造体１の中心寄りで集めた熱を効率よく外周壁７ｈに伝えることができるので熱交換量が上がる。また、アイソスタティック強度、耐熱衝撃性、及び外周壁角部強度を満足させることができる。
【０１２５】
図５２Ｃは、ハニカム構造体１に接点肉盛り８を施した一実施例を示す部分断面説明図、図５２Ｄは、ハニカム構造体１に接点肉盛り８を施した他の実施例を示す部分断面説明図である。これらの実施形態では、ハニカム構造体１の最外周セル隔壁４ａと外周壁７ｈとが接する個所を肉盛りした例を示している。このような構成により、外周壁厚さの過剰な肉厚化を避け、セル３の隔壁４の変形を抑制することができる。
【０１２６】
図５３Ａは、波壁のハニカム構造体１のセル通路断面を示している。波壁のハニカム構造体１とは、軸方向に垂直な断面においてセル３の形状が四角形（正方形）である通常のハニカム構造体１の隔壁４を波状に形成したものである。波壁のハニカム構造体１とは、全て隔壁４が波壁で構成されるものも含み、波壁が存在するハニカム構造体のことをいう。図５３Ａは、Ｚ軸方向がセル通路（軸方向）で、これに垂直な面が直交座標軸であるＸ軸、Ｙ軸である。なお、図５３Ａは、隔壁を波状としない場合、つまり通常のハニカム構造体における隔壁の位置が点線で示されている。また、図５３Ｂは、図５３ＡにおけるＡ−Ａ’断面図であり、セル通路（軸方向）に平行な断面（Ｙ−Ｚ平面）を示している。
【０１２７】
波壁のハニカム構造体１のように、セル通路方向（軸方向）とセル通路断面方向の両方の隔壁４の壁面部を波状に変形させて形成すると、隔壁４の表面積を大きくして、第一の流体と隔壁との相互作用を高めることができる。また、セル通路の断面積はほぼ一定であるが断面形状が変化することで、セル通路内の第一の流体の流れを非定常として、より第一の流体と隔壁との相互作用を高めることが可能となる。こうして、熱交換率を向上させることができる。
【０１２８】
図５４は、波壁のハニカム構造体１の他の実施形態を示している。図５３Ａ，５３Ｂのセル通路では、セル通路を形成する対向する２組の壁面部のうち、一対の壁面部では互いに凸面同士が向き合い、また別の一対の壁面部では互いに凹面同士が向き合っている。一方、図５４に示した波壁のハニカム構造体１においては、セル通路を形成する対向する２組の壁面部において、２組とも凸面同士または凹面同士が向き合った構造となっている。
【０１２９】
図５５Ａ及び図５５Ｂは、隔壁４が湾曲した形状のハニカム構造体１の実施形態を模式的に示す図である。図５５Ａは、軸方向に平行な断面を示す模式的な平行断面図であり、図５５Ｂは垂直な模式的な断面図である。ハニカム構造体１は、軸方向に伸びる複数のセル３を各々区画する複数の隔壁４を備え、図５５Ｂに示すように、隔壁４が中心軸１ｊから外側（外周壁７ｈ方向）に向かって凸状に湾曲した形状（以下、「正の湾曲」という）を示す。正の湾曲を示す隔壁４を備えることにより、以下のような効果が得られる。
【０１３０】
隔壁４が正の湾曲を示すことで、中央部のセル密度が外周部のセル密度よりも小さくなる。従って、中央部では外周部よりも開口率が大きくなる。比較的セル密度が大きいハニカム構造体１においては、熱交換効率は高いが圧力損失が大きくなる。このようなハニカム構造体１において、正の湾曲を示す隔壁４を備えることにより、中央部において第一の流体が流れ易くなるので、圧力損失が低くなる。
【０１３１】
図５６は、隔壁４が湾曲した形状のハニカム構造体１の他の実施形態を模式的に示す断面図である。図５６に示す実施形態のハニカム構造体１は、隔壁４が外側（外周壁７ｈ側）から中心軸１ｊに向かって凸状に湾曲した形状（以下負の湾曲という）を示す。負の湾曲を示す隔壁４を備えることにより、以下のような効果が得られる。
【０１３２】
軸方向に垂直な断面において、隔壁４が負の湾曲を示すことで、中央部のセル密度が外周部のセル密度よりも大きくなる。従って中央部では外周部よりも開口率が小さくなる。比較的セル密度が小さいハニカム構造体１においては、圧力損失は小さいが熱交換率が低下する。このようなハニカム構造体１において、負の湾曲を示す隔壁４を備えることにより、中央部のセル密度が外周部よりも大きくなるので熱交換率が向上する。また、四角形のセル構造においては、セル３の対角線方向において外圧に対する抵抗が大きくなるのでハニカム構造体１の強度も向上する。
【０１３３】
図５７に、一の端部６２において、軸方向の高さの異なる隔壁４を含むハニカム構造体１の実施形態を示す。ハニカム構造体１は、図５７に示すように、一の端部６２から他の端部６２まで軸方向に貫通する複数のセル３を形成するように配置された隔壁４を備え、一の端部６２において、軸方向の高さの異なる隔壁４を含む。図５７では、高さがｈ異なる隔壁４が形成されている。一の端部６２において、高さの異なる隔壁４が存在することにより、一の端部６２における被処理流体の流れがスムーズになり、第一の流体（ガス）の圧力損失を小さくすることができる。
【０１３４】
以上のような構成のハニカム構造体１を含む本発明のセラミックス熱交換器３０に流通させる第一の流体である加熱体としては、熱を有する媒体であれば、気体、液体等、特に限定されない。例えば、気体であれば自動車の排ガス等が挙げられる。また、加熱体から熱を奪う（熱交換する）第二の流体である被加熱体は、加熱体よりも低い温度であれば、媒体としては、気体、液体等、特に限定されない。取扱いを考慮すると水が好ましいが、特に水に限定されない。
【０１３５】
以上のように、ハニカム構造体１が高い熱伝導性を持ち、隔壁４によって流路となる箇所が複数あることで、高い熱交換率が得られる。このため、ハニカム構造体１全体を小型化でき、車載化も可能となる。また、第一の流体（高温側）、第二の流体（低温側）に対して圧力損失が小さい。
【０１３６】
次に、本発明の熱交換器３０の製造方法を説明する。まず、セラミック成形原料を押出して、セラミックスの隔壁４により仕切られて一方の端面２から他方の端面２まで軸方向に貫通する、流体の流路となる複数のセル３が区画形成されたハニカム成形体を成形する。
【０１３７】
具体的には、以下のように製造することができる。セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出してハニカム成形体を形成後、乾燥し、焼成することによって、隔壁４によってガスの流路となる複数のセル３が区画形成されたハニカム構造体１を得ることができる。
【０１３８】
ハニカム構造体１の材料としては、前述のセラミックスを用いることができるが、例えば、Ｓｉ含浸ＳｉＣ複合材料を主成分とするハニカム構造体を製造する場合、まず、所定量のＣ粉末、ＳｉＣ粉末、バインダー、水又は有機溶媒を混練し、成形して所望形状のハニカム成形体を得る。次いで、このハニカム成形体を、金属Ｓｉ雰囲気下、減圧の不活性ガス又は真空中に置き、成形体中に金属Ｓｉを含浸させる。
【０１３９】
なお、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣ等を採用した場合も、成形原料を坏土化し、この坏土を成形工程において押出成形することにより、隔壁４によって区画された排ガスの流路となる複数のセル３を有するハニカム成形体を成形することができる。これを乾燥、焼成することにより、ハニカム構造体１を得ることができる。そして、ハニカム構造体１をケーシング２１内に収容することにより、熱交換器３０を作製することができる。
【０１４０】
本発明の熱交換器３０は、従来と比べて高い熱交換効率を示すため、熱交換器３０自体を小型化できる。更に、押出し成形による一体型から製造することができるために低コスト化できる。熱交換器３０は、第一の流体が気体であり、第二の流体が液体である場合に、好適に用いることができ、例えば、自動車の燃費向上として、排熱回収等の用途に好適に用いることができる。
【実施例】
【０１４１】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【０１４２】
（実施例１〜４）
ハニカム構造体１とケーシング２１によって、第一流体流通部と第二流体流通部とが形成された熱交換器３０を以下のようにして作製した。【０１４３】
（ハニカム構造体の製造）
セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出した後、乾燥し、焼成することによって、材質は炭化珪素、本体サイズが３３×３３×６０ｍｍのハニカム構造体１を製造した。【０１４４】
（ケーシング）
ハニカム構造体１の外側容器として、ステンレスからなるケーシング２１を用いた。実施例１〜４では、１つのハニカム構造体１を、ケーシング２１内に配置した（図１Ａ及び図１Ｂ参照）。図１０に示すように、ハニカム構造体１とケーシングとの間隔１５ｂは、ハニカム構造体１のセル長１５ａと同じになるようにした。第一流体流通部５は、ハニカム構造に形成され、第二流体流通部６は、ケーシング２１内で、ハニカム構造体１の外周を流通（外側構造）するように形成されている。また、ケーシング２１には、第一の流体をハニカム構造体１に、第二の流体をケーシング２１に導入、排出するための配管を取り付けた。尚、第一の流体と第二の流体が混ざり合わないように、これら２経路は完全に隔離されている（外周フロー構造）。また、実施例１〜４のハニカム構造体１の外形構造は、全て同一とした。【０１４５】
（比較例１）
第一流体流通部がＳＵＳ３０４の配管により形成され、その配管の外側を第二の流体が流通するように第二流体流通部が形成された比較例１を作製した。【０１４６】
（比較例２〜４）
容器内に図１１に示す熱交換体４１を備える比較例２〜４の熱交換器を作製した。熱交換体４１は、セラミックスの隔壁４４により仕切られて一方の端面４２から他方の端面４２まで軸方向に貫通し、第一の流体である加熱体が流通する複数のセルを有するハニカム構造の第一流体流通部４５と、セラミックスの隔壁４４により仕切られて軸方向と直交する方向に貫通し、第二の流体が流通し、流通する第二の流体である被加熱体へ熱を伝達する第二流体流通部４６とが、交互に複数一体として形成されている（クロスフロー構造）。目封止されたセル４３の内側は、目封止されたセル４３同士を隔てる隔壁４４が取り除かれ、スリット状に形成されている（スリット構造）。【０１４７】
それぞれの製造工程の比較のため、図１２に実施例２、比較例１、及び比較例３の製造工程を示す。実施例２は、比較例３と比べ、製造工程が少ない。なお、比較例１は、配管を用いるため、実施例と比較して製造方法が大きく異なる。【０１４８】
（第一の流体、及び第二の流体）
第一の流体、第二の流体のハニカム構造体１への入口温度、流量は全て同一条件とした。第一の流体として、３５０℃の窒素ガス（Ｎ２）を用いた。また、第二の流体として水を用いた。【０１４９】
（試験方法）
ハニカム構造体１の第一流体流通部５に窒素ガスを流し、ケーシング２１内の第二流体流通部６に（冷却）水を流した。ハニカム構造体１に対する窒素ガスのＳＶ（空間速度）は５０，０００ｈ−１とした。（冷却）水の流量は５Ｌ／ｍｉｎとした。比較例１の熱交換器３０は実施例１〜４の熱交換器３０と構造が異なるが、第一の流体、第二の流体の流量等の試験条件は全て同じとした。尚、比較例１の配管容積（ハニカム構造体１部分）は、実施例１〜４のハニカム構造体１の本体容積（３３ｃｃ）と同じとした。比較例１は、配管が二重構造になっており、第一の流体の流路となる配管の外周部に第二の流体の流路があるものを用いたものである。つまり、第二の流体が第一の流体の配管外側を流れている構造である。（冷却）水は配管の外側（ギャップ５ｍｍ）を流れる構成であった。比較例１の配管容積とは、第一の流体の流路となる配管を指す。【０１５０】
（試験結果）
表１に熱交換率を示す。熱交換率（％）は、第一の流体（窒素ガス）及び第二の流体（水）のΔＴ℃（ハニカム構造体１の出口温度−入口温度）から其々エネルギー量を算出し、式１で計算した。
（式１）  熱交換率（％）＝（第一の流体（ガス）の入口温度−第一の流体（ガス）出口温度）／（第一の流体（ガス）の入口温度−第二の流体（冷却水）出口温度）×１００【０１５１】
【表１】
2011071161.tif 000003
【０１５２】
（実施例１〜４と比較例１の比較）
表１に示すように、実施例１の方が比較例１と比べて高い熱交換効率を示した。これは、比較例１の場合、（冷却）水に近い側は第一の流体（窒素ガス）と熱交換し易いものの、配管の中央部分は十分に熱交換され難く、全体として熱交換率が低かったからと考えられる。一方、本発明は、ハニカム構造のため、第一の流体（窒素ガス）と（冷却）水とが接触する壁面積が比較例１と比べて大きく、これにより熱交換効率が高かったからと考えられる。【０１５３】
（実施例１〜４と比較例２〜４の比較）
実施例１〜４は、比較例２〜４に比べ、熱交換率については、同等以上の結果が得られた。また、実施例１〜４は、比較例２〜４と比べると、目封止やスリットの形成等の工程が不要なため、工程数が少なく、製造時間や製造コストを低減することができた。【０１５４】
（実施例５〜８）
ハニカム構造体１とケーシング２１によって、第一流体流通部５と第二流体流通部６とが形成された熱交換器３０を以下のようにして作製した。【０１５５】
（ハニカム構造体の製造）
セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出した後、乾燥し、焼成・Ｓｉを含浸することによって、材質は炭化珪素、本体サイズが直径５２×長さ（高さ）１２０ｍｍのハニカム構造体１を製造した。【０１５６】
（ケーシング）
ハニカム構造体１の外に被覆材を配置し、その外側容器としてステンレスからなるケーシング２１を用いた。被覆材としてステンレスを用い、パンチングメタル、穴のない板材、またハニカムから延出させた構造とした。被覆材とケーシング２１との間隔は５ｍｍとして、実施例５〜８では、１つのハニカム構造体１を、ケーシング２１内に配置した（図１Ａ及び図１Ｂ参照）。図１０に示すように、被覆材を配置したハニカム構造体１とケーシングとの間隔１５ｂは１ｍｍとした（なお、図１０には、被覆材は描かれていない）。第一流体流通部５は、ハニカム構造に形成され、第二流体流通部６は、ケーシング２１内で、ハニカム構造体１の外周を流通（外側構造）するように形成されている。また、ケーシング２１には、第一の流体をハニカム構造体１に、第二の流体をケーシング２１に導入、排出するための配管を取り付けた。尚、第一の流体と第二の流体が混ざり合わないように、これら２経路は完全に隔離されている（外周フロー構造）。また、実施例５〜８のハニカム構造体１の外形構造は、全て同一とした。【０１５７】
（第一の流体、及び第二の流体）
第一の流体、第二の流体のハニカム構造体１への入口温度、流量は全て同一条件とした。第一の流体として、３５０℃の窒素ガス（Ｎ２）を用いた。また、第二の流体として水を用いた。ハニカム構造体１の第一流体流通部５に窒素ガスを流し、ケーシング２１内の第二流体流通部６に（冷却）水を流した。ハニカム構造体１に対する窒素ガスの流量は３．８Ｌ／ｓとした。（冷却）水の流量は５Ｌ／ｍｉｎとした。【０１５８】
【表２】
2011071161.tif 000004
【０１５９】
（実施例５〜８と比較例１の比較）
表２に示すように、被覆をつけた実施例６〜８でも被覆のない実施例５と熱交換効率が変わらず、被覆で熱交換性能に差が無いことが示された。この結果、被覆材を配置することで万が一、ハニカム構造体１に破損が発生したときでも第１の流体と第２の流体が混合することを防ぐことができ、なおかつ熱交換性能は維持されていることが考えられる。とくに完全被覆体の時に第１の流体と第２の流体が混合することを防ぐ効果は大きい。さらに、ハニカム構造体１が延出外周壁５１を設けた実施例８では熱交換効率が高くなっている。これは、ハニカム構造体１の外の第２の流路部分でも熱交換されているためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１６０】
本発明の熱交換器は、加熱体（高温側）と被加熱体（低温側）で熱交換する用途であれば、自動車分野、産業分野であっても特に限定されない。自動車分野で排ガスから排熱回収用途で使用する場合は、自動車の燃費向上に役立てることができる。
【符号の説明】
【０１６１】
１：ハニカム構造体、１ｈ：補充ハニカム構造体、１ｊ：中心軸、２：（軸方向の）端面、２ｔ：テーパー面、３：セル、３ｆ：フィン、４：隔壁、４ａ：最外周セル隔壁、４ｂ：基本セル隔壁、４ｍ：境界、５：第一流体流通部、６：第二流体流通部、７：外周面、７ｈ：外周壁、８：接点肉盛り、９：フィン、１３：目封止部、１５ａ：ハニカム構造体のセル長、１５ｂ：ハニカム構造体とケーシングとの間隔、１９：交点なし部、２１：ケーシング、２１ａ：筒状部、２１ｂ：外側ケーシング部、２２：（第二の流体の）入口、２３：（第二の流体の）出口、２４：内周面、２５：（第一の流体の）入口、２６：（第一の流体の）出口、２８：ばね、２９：蛇腹、３０：熱交換器、４１：熱交換体、４２：端面、４３：セル、４４：隔壁、４５：第一流体流通部、４６：第二流体流通部、５１：延出外周壁、５１ａ：取付け延出外周壁、５２：ハニカム部、５３：シール部、５５：パンチングメタル、５５ａ：（パンチングメタルの）孔、５８：熱伝導体、５９：ノズル、６２：端部。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
2011071161.tif 000011
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2011071161.tif 000013
【図５Ａ】
2011071161.tif 000014
【図５Ｂ】
2011071161.tif 000015
【図６】
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【図７】
2011071161.tif 000017
【図８】
2011071161.tif 000018
【図１０】
2011071161.tif 000019
【図１１】
2011071161.tif 000020
【図１２】
2011071161.tif 000021
【図１３Ａ】
2011071161.tif 000022
【図１３Ｂ】
2011071161.tif 000023
【図１３Ｃ】
2011071161.tif 000024
【図１３Ｄ】
2011071161.tif 000025
【図１４Ａ】
2011071161.tif 000026
【図１４Ｂ】
2011071161.tif 000027
【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
2011071161.tif 000029
【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
2011071161.tif 000032
【図１７Ａ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図２９Ｄ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３５Ｃ】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３Ａ】
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【図４３Ｂ】
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【図４３Ｃ】
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【図４４】
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【図４５Ａ】
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【図４５Ｂ】
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【図４５Ｃ】
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【図４５Ｄ】
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【図４５Ｅ】
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【図４７】
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【図４８Ａ】
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【図４８Ｂ】
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【図４８Ｃ】
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【図４８Ｄ】
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【図４８Ｅ】
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【図４８Ｆ】
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【図４８Ｇ】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１Ａ】
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【図５１Ｂ】
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【図５１Ｃ】
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【図５２Ａ】
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【図５２Ｂ】
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【図５２Ｃ】
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【図５２Ｄ】
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【図５３Ａ】
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【図５３Ｂ】
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【図５４】
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【図５５Ａ】
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【図５５Ｂ】
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【図５６】
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【図５７】
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【図９】
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【図１７Ｂ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図４６】
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【国際調査報告】
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